JP3561057B2 - Light emitting device manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッチングによる損傷を防止した3族窒化物半導体のエッチング方法及びそのエッチング方法を用いた3族窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】
従来、3族窒化物半導体のエッチングには、ドライエッチングが用いられている。この方法は、チャンバー内に反応性ガスを導入して、RFやECR等の方法により放電を起こしてプラズマ状態を生成し、このプラズマと試料との間に生じる電位差によりプラズマ中のイオンが加速されて試料表面に衝突することで、試料表面をエッチングするというものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のようにイオンが試料表面に加速衝突するために、試料が損傷を受け、素子として機能する層の結晶性が低下し、素子性能が低下するという問題がある。
【0004】
本発明は上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、3族窒化物半導体のエッチングにおいて、各層に損傷を与えないようにすることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、基板と3族窒化物半導体から成るn伝導型のn層とp伝導型のp層とを有する発光素子の製造方法に関し、3族窒化物半導体をエッチングする際に、塩素ガスの高温雰囲気中に暴露することで、3族窒化物半導体をエッチングすることである。
この方法によれば、プラズマイオンの3族窒化物半導体への衝突がないために、3族窒化物半導体の素子部の層の結晶性を低下することがないため、素子性能を向上させることができる。即ち、発光素子として機能するp層、n層に対して損傷を与えることが防止され、発光輝度を向上させ寿命を長期化することができる。このエッチングにより、p層とn層に対する電極をオーミック性良く形成することができる。
また、p層のp型活性化処理を兼ねるようにすることができ、発光素子の製造工程が簡略化される。
【0006】
又、請求項2のようにガス雰囲気の温度を800〜1200℃とすることでエッチングレイトを10〜1000Å/分とすることが出来た。
請求項3のように、3族窒化物半導体としては、 AlxGayIn1-X-yN:0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1が適用可能であり、青色発光ダイオード、レーザダイオードの製造に応用できる。
又、保護膜は、SiO2又はSi3N4とすることで、塩素に対する耐エッチ性を持たせることができ、3族窒化物半導体に損傷を与えることなくBHFによりその保護膜だけを除去することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
第1実施例
図1において、発光ダイオード10は、サファイア基板1を有しており、そのサファイア基板1上に500 ÅのAlN のバッファ層2が形成されている。そのバッファ層2の上には、順に、膜厚約2.0 μm、電子濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN から成る高キャリア濃度n+ 層3、膜厚3000Å、電子濃度 1×1017/cm3のシリコンドープのGaN から成るn層4、膜厚約0.05μmのIn0.08Ga0.92N から成る発光層5、膜厚約1.0 μm、ホール濃度5 ×1017/cm3、濃度1 ×1020/cm3にマグネシウムがドープされたAl0.08Ga0.92N から成るp層61、膜厚約0.2 μm、ホール濃度 7×1017/cm3、マグネシウム濃度 2×1020/cm3のマグネシウムドープのGaN から成るコンタクト層62が形成されている。そして、コンタクト層62上にはその層62に接合するNiから成る電極7が形成されている。さらに、高キャリア濃度n+ 層3の表面の一部は露出しており、その露出部上にその層3に接合するNiから成る電極8が形成されている。
【0010】
次に、この構造の発光ダイオード10の製造方法について説明する。
上記発光ダイオード10は、有機金属化合物気相成長法( 以下「M0VPE 」と記す) による気相成長により製造された。
用いられたガスは、NH3 とキャリアガスH2又はN2 とトリメチルガリウム(Ga(CH3)3)(以下「TMG 」と記す) とトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)(以下「TMA 」と記す) とトリメチルインジウム(In(CH3)3)(以下「TMI 」と記す) と、シラン(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2)(以下「CP2Mg 」と記す)である。
【0011】
まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したa面を主面とする厚さ100 〜400 μmの単結晶のサファイア基板1をM0VPE 装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常圧でH2を流速2 liter/分で反応室に流しながら温度1100℃でサファイア基板1を気相エッチングした。
【0012】
次に、温度を 400℃まで低下させて、H2を20 liter/分、NH3 を10 liter/分、TMA を 1.8×10−5モル/分で供給してAlN のバッファ層2が約 500Åの厚さに形成された。次に、サファイア基板1の温度を1150℃に保持し、H2を20 liter/分、NH3 を10 liter/分、TMG を 1.7×10−4ル/分、H2ガスにより0.86ppm に希釈されたシランを20×10−8mol/分で30分供給して、膜厚約2.2 μm、電子濃度 2×1018/cm3のシリコンドープのGaN から成る高キャリア濃度n+ 層3を形成した。
【0013】
次に、サファイア基板1の温度を1150℃に保持し、N2又はH2を10 liter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.12×10−4モル/分、及び、H2ガスにより0.86ppm に希釈されたシランを 1×10−8mol/分で、 4分供給して、膜厚約3000Å、濃度1 ×1017/cm3のシリコンドープのGaN から成るn層4を形成した。
【0014】
続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を20 liter/分、NH3 を10 liter/分、TMG を1.53×10−4モル/分、及び、TMI を0.02×10−4モル/分で、6 分間供給して0.05μmのIn0.08Ga0.92N から成る発光層5を形成した。
【0015】
続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2を20 liter/分、NH3 を10 liter/分、TMG を1.12×10−4モル/分、TMA を0.47×10−4モル/分、及び、CP2Mg を2 ×10−4モル/分で60分間導入し、膜厚約1.0 μmのマグネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga0.92N から成るp層61を形成した。p層61のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態では、p層61は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
【0016】
続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2を20 liter/分、NH3 を10 liter/分、TMG を1.12×10−4モル/分、及び、CP2Mg を 4×10−4モル/分の割合で 4分間導入し、膜厚約0.2 μmのマグネシウム(Mg)ドープのGaN から成るコンタクト層62を形成した。コンタクト層62のマグネシウムの濃度は 2×1020/cm3である。この状態では、コンタクト層62は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
【0017】
次に、図3に示すように、コンタクト層62の上に、スパッタリングによりSiO2層9を2000Åの厚さに形成し、そのSiO2層9上にフォトレジスト10を塗布した。そして、フォトリソグラフにより、図3に示すように、コンタクト層62上において、高キャリア濃度n+ 層3に対する電極形成部位A’ のフォトレジスト10を除去した。次に、図4に示すように、フォトレジスト10によって覆われていないSiO2層9をBHF等のフッ化水素酸系エッチング液で除去した。続いて、フォトレジスト10を除去した。
【0018】
次に、上記試料をアニール炉に配置し、塩素ガスを流して、1000℃で60分間加熱した。この処理により、コンタクト層62、p層61、発光層5、n層4がエッチングされ、図5に示すように、高キャリア濃度n+ 層3に対する電極取出しのための孔Aが形成された。
【0019】
この処理により、コンタクト層62、p層61は、それぞれ、ホール濃度 7×1017/cm3, 5×1017/cm3、抵抗率 2Ωcm,0.8 Ωcm のp伝導型半導体となった。
【0020】
次に、試料の上全面に、一様にNiを蒸着し、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程を経て、図1に示すように、高キャリア濃度n+ 層3及びコンタクト層62に対する電極8,7を形成した。その後、上記の如く処理されたウエハを各チップに切断して、発光ダイオードチップを得た。
【0021】
このようにして得られた発光素子の発光スペトルを測定したところ、駆動電流20mAで、発光ピーク波長450nm 、発光強度1000mcd であった。
【0022】
上記の実施例では、エッチングにおいて、1000℃の塩素ガス雰囲気が用いられたが、塩素ガスの他、水素ガス、塩化水素ガスを用いることができる。さらに、塩素ガス、水素ガス、塩化水素ガスのうち、2種類又は3種類の混合ガスを用いても良い。ガス雰囲気の温度範囲は、800 〜1200℃において高いエッチングレート10〜1000Å/分が得られた。
保護膜にはSiO2を用いたがSi3N4 を用いても良い。
【0023】
発光層5のバンドギャップが両側に存在するp層61とn層4のバンドギャップよりも小さくなるようなダブルヘテロ接合に形成されている。又、発光層5とp層61の成分比は、GaN の高キャリア濃度n+ 層の格子定数に一致するように選択されている。
又、上記実施例ではダブルヘテロ接合構造を用いたが、シングルヘテロ接合構造であっても良い。
さらに、上記実施例は、発光ダイオードの例を示したが、レーザダイオードであっても同様に構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の具体的な第1実施例に係る発光ダイオードの構成を示した構成図。
【図2】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した断面図。
【図3】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した断面図。
【図4】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した断面図。
【図5】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した断面図。
【符号の説明】
10…発光ダイオード
1…サファイア基板
2…バッファ層
3…高キャリア濃度n+ 層
4…n層
5…発光層
61…p層
62…コンタトク層
7,8…電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for etching a group III nitride semiconductor in which damage due to etching is prevented, and a method for manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting device using the etching method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, dry etching has been used for etching a group III nitride semiconductor. In this method, a reactive gas is introduced into a chamber, a discharge is generated by a method such as RF or ECR to generate a plasma state, and ions in the plasma are accelerated by a potential difference generated between the plasma and a sample. Then, the sample surface is etched by colliding with the sample surface.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, there is a problem that the sample is damaged due to the accelerated collision of the ions with the sample surface as described above, the crystallinity of the layer functioning as an element is reduced, and the element performance is reduced.
[0004]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to prevent each layer from being damaged in etching of a group III nitride semiconductor.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
Feature of the present invention relates to a method of manufacturing a light emitting device having a substrate and a group III nitride n conduction type n layer consisting of a semiconductor and a p conductivity type p-layer of, when etching the group III nitride semiconductor, chlorine Exposure in a high-temperature atmosphere of a gas is to etch the group III nitride semiconductor.
According to this method, since the plasma ions do not collide with the group III nitride semiconductor, the crystallinity of the layer of the element portion of the group III nitride semiconductor does not decrease, and the element performance can be improved. it can. That is, damage to the p-layer and the n-layer functioning as a light-emitting element can be prevented, the emission luminance can be improved, and the life can be prolonged. By this etching, electrodes for the p layer and the n layer can be formed with good ohmic properties.
In addition, since the p-type activation treatment of the p-layer can also be performed, the manufacturing process of the light-emitting element is simplified.
[0006]
Further, by setting the temperature of the gas atmosphere to 800 to 1200 ° C., the etching rate could be set to 10 to 1000 ° / min.
As in
Further, the protective film, by a SiO 2 or Si 3 N 4, can have a resistance to etching resistance against chlorine, only removing the protective film by BHF without damaging the group III nitride semiconductor can do.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First Embodiment In FIG. 1, a
[0010]
Next, a method for manufacturing the
The
The gases used were NH 3 and carrier gas H 2 or N 2 and trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 ) (hereinafter referred to as “TMG”) and trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 ) (hereinafter “TMA”). ), Trimethylindium (In (CH 3 ) 3 ) (hereinafter referred to as “TMI”), silane (SiH 4 ), and cyclopentadienyl magnesium (Mg (C 5 H 5 ) 2 ) (hereinafter “CP”). 2 Mg ").
[0011]
First, a single-
[0012]
Next, the temperature was lowered to 400 ° C., H 2 was supplied at 20 liter / min, NH 3 was supplied at 10 liter / min, and TMA was supplied at 1.8 × 10 −5 mol / min to form the
[0013]
Next, the temperature of the
[0014]
Subsequently, the temperature was maintained at 850 ° C., N 2 or H 2 was 20 liter / min, NH 3 was 10 liter / min, TMG was 1.53 × 10 −4 mol / min, and TMI was 0.02 / min.
[0015]
Subsequently, the temperature was maintained at 1100 ° C., N 2 or H 2 was 20 liter / min, NH 3 was 10 liter / min, TMG was 1.12 × 10 −4 mol / min, and TMA was 0.47 × 10 4 -4 mol / min and CP 2 Mg were introduced at 2 × 10 -4 mol / min for 60 minutes, and from a magnesium (Mg) -doped Al 0.08 Ga 0.92 N film having a thickness of about 1.0 μm. A
[0016]
Subsequently, the temperature was maintained at 1100 ° C., N 2 or H 2 was 20 liter / min, NH 3 was 10 liter / min, TMG was 1.12 × 10 −4 mol / min, and CP 2 Mg was 4 liter. It was introduced at a rate of × 10 −4 mol / min for 4 minutes to form a
[0017]
Next, as shown in FIG. 3, an SiO 2 layer 9 was formed to a thickness of 2000 ° on the
[0018]
Next, the sample was placed in an annealing furnace, heated by flowing chlorine gas at 1000 ° C. for 60 minutes. As a result of this processing, the
[0019]
By this treatment, the
[0020]
Next, Ni is uniformly deposited on the entire upper surface of the sample, and through a photoresist coating, a photolithography process, and an etching process, as shown in FIG. 1, the high carrier concentration n + layer 3 and the
[0021]
The emission spectrum of the light-emitting device thus obtained was measured. As a result, the drive current was 20 mA, the emission peak wavelength was 450 nm, and the emission intensity was 1000 mcd.
[0022]
In the above-described embodiment, a chlorine gas atmosphere at 1000 ° C. was used in the etching, but hydrogen gas and hydrogen chloride gas can be used in addition to chlorine gas. Further, two or three types of mixed gas of chlorine gas, hydrogen gas and hydrogen chloride gas may be used. In the temperature range of the gas atmosphere, a high etching rate of 10 to 1000 ° / min was obtained at 800 to 1200 ° C.
Although SiO 2 was used for the protective film, Si 3 N 4 may be used.
[0023]
The double hetero junction is formed such that the band gap of the
In the above embodiment, the double hetero junction structure is used, but a single hetero junction structure may be used.
Further, in the above-described embodiment, the example of the light emitting diode is described, but a laser diode may be similarly configured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a light emitting diode according to a specific first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a manufacturing step of the light-emitting diode of the embodiment.
FIG. 3 is a sectional view showing a step of manufacturing the light-emitting diode of the example.
FIG. 4 is a sectional view showing the manufacturing process of the light-emitting diode of the embodiment.
FIG. 5 is a sectional view showing the manufacturing process of the light emitting diode of the same embodiment.
[Explanation of symbols]
Claims (3)
前記基板上に、前記n層、前記p層を積層させ、
前記n層と前記p層のうち表面に存在する第1層の表面を耐エッチング性を有する保護膜で被覆し、
前記3族窒化物半導体のエッチングすべき部分の前記保護膜を除去して開口部を形成し、
前記開口部の形成された保護膜を有する前記3族窒化物半導体を、塩素ガスの高温雰囲気中に暴露することで、前記開口部の前記3族窒化物半導体をエッチングすることで、前記n層と前記p層のうち前記基板に近い方の第2層の一部を露出させると共に、前記p層のp伝導型活性化を同時に行い、
前記保護膜を除去し、
前記第1層の表面及び前記第2層の表面に電極を形成する
ことを特徴とする発光素子の製造方法。In a method for manufacturing a light emitting device having an n-type n-type layer made of a substrate and a group III nitride semiconductor and a p-type p-type layer,
The n layer and the p layer are stacked on the substrate,
Covering the surface of the first layer present on the surface of the n layer and the p layer with a protective film having etching resistance;
Forming an opening by removing the protective film in a portion of the group III nitride semiconductor to be etched;
By exposing the Group III nitride semiconductor having the protective film with the opening formed therein to a high-temperature atmosphere of chlorine gas , etching the Group III nitride semiconductor in the opening to form the n-layer. And exposing a part of the second layer closer to the substrate in the p-layer and simultaneously performing p-type activation of the p-layer,
Removing the protective film,
A method for manufacturing a light emitting device, comprising forming electrodes on the surface of the first layer and the surface of the second layer.
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