JPH08203862A - 窒化物系化合物半導体のエッチング方法 - Google Patents
窒化物系化合物半導体のエッチング方法Info
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- JPH08203862A JPH08203862A JP1173195A JP1173195A JPH08203862A JP H08203862 A JPH08203862 A JP H08203862A JP 1173195 A JP1173195 A JP 1173195A JP 1173195 A JP1173195 A JP 1173195A JP H08203862 A JPH08203862 A JP H08203862A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ウエハ内において選択的にかつ結晶にダメー
ジを与えることなく半導体レーザ共振器端面にも使い得
る面を出すエッチング方法を提供する。 【構成】 サファイア基板１上にGaNバッファ層２、n-G
aN層３、n-AlGaInNクラッド層４、GaN活性層５、p-AlGa
InNクラッド層６、p-GaN層７を順次堆積する。次に水素
化物雰囲気中での熱処理または水素プラズマ照射を行い
p-AlGaInNクラッド層６、p-GaN層７の一部分（Ｈ領域）
を高抵抗にする。次に、塩酸等の電解液を用いてＨ領域
を選択的に電気分解する。GaN活性層５まで達した後光
照射を行いながら、さらに電気分解し、n-GaN層３に達
したら電気分解を中止する。最後に窒素等の水素化物ガ
スを含まない雰囲気で５００℃以上の熱処理を行い、Ｈ
領域から水素原子を放出させてＨ領域をもとの低抵抗の
状態に戻す。
ジを与えることなく半導体レーザ共振器端面にも使い得
る面を出すエッチング方法を提供する。 【構成】 サファイア基板１上にGaNバッファ層２、n-G
aN層３、n-AlGaInNクラッド層４、GaN活性層５、p-AlGa
InNクラッド層６、p-GaN層７を順次堆積する。次に水素
化物雰囲気中での熱処理または水素プラズマ照射を行い
p-AlGaInNクラッド層６、p-GaN層７の一部分（Ｈ領域）
を高抵抗にする。次に、塩酸等の電解液を用いてＨ領域
を選択的に電気分解する。GaN活性層５まで達した後光
照射を行いながら、さらに電気分解し、n-GaN層３に達
したら電気分解を中止する。最後に窒素等の水素化物ガ
スを含まない雰囲気で５００℃以上の熱処理を行い、Ｈ
領域から水素原子を放出させてＨ領域をもとの低抵抗の
状態に戻す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は青色から紫外域における
発光ダイオードまたは同波長域におけるレーザダイオー
ドのデバイス製造方法、特に発光デバイスに用いられる
窒化ガリウム系半導体のエッチング方法に関わる。
発光ダイオードまたは同波長域におけるレーザダイオー
ドのデバイス製造方法、特に発光デバイスに用いられる
窒化ガリウム系半導体のエッチング方法に関わる。
【０００２】
【従来の技術】青色発光素子はフルカラーディスプレー
や高密度記録可能な光ディスク用光源として期待されて
おり、ZnSe等のII-VI族化合物半導体やSiC、GaN等のIII
-V化合物半導体を用いて盛んに研究されている。特に最
近AlGaN、GaNを用いて青色の発光ダイオードが実現され
ており、窒化物系化合物半導体を用いた発光素子は注目
されている。窒化物系化合物半導体を用いたデバイスの
作製方法を説明する。
や高密度記録可能な光ディスク用光源として期待されて
おり、ZnSe等のII-VI族化合物半導体やSiC、GaN等のIII
-V化合物半導体を用いて盛んに研究されている。特に最
近AlGaN、GaNを用いて青色の発光ダイオードが実現され
ており、窒化物系化合物半導体を用いた発光素子は注目
されている。窒化物系化合物半導体を用いたデバイスの
作製方法を説明する。
【０００３】まず図６に示すようにまずサファイア基板
１上に有機金属気相成長(MOVPE)法等により、GaN2バッ
ファ層、n-GaN3、n-AlGaInN4、GaN5、p-AlGaInN6、p-Ga
N7を順次堆積した後、ドライエッチングを用いてn-AlGa
InN4、GaN5、p-AlGaInN6、p-GaN7の一部分をエッチング
除去して、n-GaN3の一部分をむき出しにして陰電極を形
成する。このように窒化物系化合物半導体は適当なエッ
チング液が無く、デバイスの微細構造を作製する上にお
いてはドライエッチングを用いて加工している。
１上に有機金属気相成長(MOVPE)法等により、GaN2バッ
ファ層、n-GaN3、n-AlGaInN4、GaN5、p-AlGaInN6、p-Ga
N7を順次堆積した後、ドライエッチングを用いてn-AlGa
InN4、GaN5、p-AlGaInN6、p-GaN7の一部分をエッチング
除去して、n-GaN3の一部分をむき出しにして陰電極を形
成する。このように窒化物系化合物半導体は適当なエッ
チング液が無く、デバイスの微細構造を作製する上にお
いてはドライエッチングを用いて加工している。
【０００４】また、サファイア基板は結晶構造が菱面体
構造で、通常(0001)面が入手しやすく用いられている。
この基板上に窒化物系化合物半導体を成長した場合デバ
イス構造に対して垂直な方向ではへきかい性がなく、例
えばこれを用いて半導体レーザを作製する場合、前出の
ドライエッチングまたは基板裏面に機械的にスクライブ
をいれて割るしかなかった。
構造で、通常(0001)面が入手しやすく用いられている。
この基板上に窒化物系化合物半導体を成長した場合デバ
イス構造に対して垂直な方向ではへきかい性がなく、例
えばこれを用いて半導体レーザを作製する場合、前出の
ドライエッチングまたは基板裏面に機械的にスクライブ
をいれて割るしかなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のよう
なドライエッチングによる製造方法ではエッチング時に
結晶にダメージが入ってしまいデバイスの信頼性に問題
がある。特に電流狭窄を行うような微細構造を作製する
場合、活性層近傍でエッチングを制御する必要がある場
合等は結晶のダメージはデバイスにとって致命的とな
る。
なドライエッチングによる製造方法ではエッチング時に
結晶にダメージが入ってしまいデバイスの信頼性に問題
がある。特に電流狭窄を行うような微細構造を作製する
場合、活性層近傍でエッチングを制御する必要がある場
合等は結晶のダメージはデバイスにとって致命的とな
る。
【０００６】また、ドライエッチングまたは基板裏面に
機械的にスクライブをいれてウエハを割ると図６に示す
ようにデバイス発光共振器端面に傷が入ってしまうため
レーザ共振器端面を作製することは極めて困難であっ
た。
機械的にスクライブをいれてウエハを割ると図６に示す
ようにデバイス発光共振器端面に傷が入ってしまうため
レーザ共振器端面を作製することは極めて困難であっ
た。
【０００７】この発明の目的はこのような課題を解決
し、ウエハ内において選択的にかつ結晶にダメージを与
えることなく半導体レーザ共振器端面にも使い得る面を
出すエッチング方法を提供することである。
し、ウエハ内において選択的にかつ結晶にダメージを与
えることなく半導体レーザ共振器端面にも使い得る面を
出すエッチング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】上記課題を解決するため
の手段は以下に示すとおりである。 （１）p型窒化物系化合物半導体を含む窒化物系化合物
半導体から構成されるウエハの一部分に選択的に水素原
子を拡散させる工程と、前記半導体を電解液に浸して電
界をかけてエッチングすることを特徴とする窒化物系化
合物半導体のエッチング方法である。特に選択的に水素
原子を拡散させる手段として窒化物系化合物半導体から
構成されるウエハの一部分に選択的に誘電体膜を堆積
し、アンモニアを含む水素化物ガスから構成される雰囲
気で熱処理することを特徴とする窒化物系化合物半導体
のエッチング方法である。 （２）p型窒化物系化合物半導体を含む窒化物系化合物
半導体から構成されるウエハに水素原子を拡散させる工
程と、前記半導体を電解液に浸しかつ一部分に選択的に
光線を照射しながら電界をかけてエッチングすることを
特徴とする窒化物系化合物半導体のエッチング方法であ
る。特に水素原子を拡散させる工程がアンモニアを含む
水素化物ガスから構成される雰囲気で熱処理することを
特徴とする窒化物系化合物半導体のエッチング方法であ
る。 （３）窒化物系化合物半導体からなる多層膜の断面に水
素原子を拡散させる工程と、前記多層膜を電解液に浸し
電界をかけてエッチングすることを特徴とする窒化物系
化合物半導体のエッチング方法である。特に水素原子を
拡散させる工程がアンモニアを含む水素化物ガスから構
成される雰囲気で熱処理することを特徴とする窒化物系
化合物半導体のエッチング方法である。
の手段は以下に示すとおりである。 （１）p型窒化物系化合物半導体を含む窒化物系化合物
半導体から構成されるウエハの一部分に選択的に水素原
子を拡散させる工程と、前記半導体を電解液に浸して電
界をかけてエッチングすることを特徴とする窒化物系化
合物半導体のエッチング方法である。特に選択的に水素
原子を拡散させる手段として窒化物系化合物半導体から
構成されるウエハの一部分に選択的に誘電体膜を堆積
し、アンモニアを含む水素化物ガスから構成される雰囲
気で熱処理することを特徴とする窒化物系化合物半導体
のエッチング方法である。 （２）p型窒化物系化合物半導体を含む窒化物系化合物
半導体から構成されるウエハに水素原子を拡散させる工
程と、前記半導体を電解液に浸しかつ一部分に選択的に
光線を照射しながら電界をかけてエッチングすることを
特徴とする窒化物系化合物半導体のエッチング方法であ
る。特に水素原子を拡散させる工程がアンモニアを含む
水素化物ガスから構成される雰囲気で熱処理することを
特徴とする窒化物系化合物半導体のエッチング方法であ
る。 （３）窒化物系化合物半導体からなる多層膜の断面に水
素原子を拡散させる工程と、前記多層膜を電解液に浸し
電界をかけてエッチングすることを特徴とする窒化物系
化合物半導体のエッチング方法である。特に水素原子を
拡散させる工程がアンモニアを含む水素化物ガスから構
成される雰囲気で熱処理することを特徴とする窒化物系
化合物半導体のエッチング方法である。
【０００９】
【作用】上記本発明の半導体レーザの製造方法（１）に
よれば、p型窒化物系化合物半導体を含む窒化物系化合
物半導体のウエハをアンモニアを含む水素化物ガス中で
熱処理を行うと誘電体膜を選択的に堆積した部分ではア
ンモニアの分解は抑制され、誘電体膜を堆積していない
部分ではアンモニアの分解は促進されて結晶中に水素原
子が拡散してくる。水素原子を拡散させたさせたp型窒
化物系化合物半導体は水素パッシベーションのため高抵
抗となる。このウエハを電解液に浸し電界をかけて電気
分解をおこなうと、p型の部分にはホールが供給されて
分解が起こるが、高抵抗部分はホールが供給されないの
で分解が起こらない。
よれば、p型窒化物系化合物半導体を含む窒化物系化合
物半導体のウエハをアンモニアを含む水素化物ガス中で
熱処理を行うと誘電体膜を選択的に堆積した部分ではア
ンモニアの分解は抑制され、誘電体膜を堆積していない
部分ではアンモニアの分解は促進されて結晶中に水素原
子が拡散してくる。水素原子を拡散させたさせたp型窒
化物系化合物半導体は水素パッシベーションのため高抵
抗となる。このウエハを電解液に浸し電界をかけて電気
分解をおこなうと、p型の部分にはホールが供給されて
分解が起こるが、高抵抗部分はホールが供給されないの
で分解が起こらない。
【００１０】上記本発明の半導体レーザの製造方法
（２）によれば、p型窒化物系化合物半導体を含む窒化
物系化合物半導体のウエハをアンモニアを含む水素化物
ガス中で熱処理を行うとアンモニアの分解によって生じ
た水素原子が結晶中に拡散しp型窒化物系化合物系半導
体層を水素パッシベーションで高抵抗にする。このウエ
ハを電解液に浸しウエハの一部分に選択的に光線を照射
しながら電界をかけて電気分解をおこなうと、光線照射
部はホールが供給されて分解されるが、未照射部はホー
ルが供給されないので分解が起こらない。
（２）によれば、p型窒化物系化合物半導体を含む窒化
物系化合物半導体のウエハをアンモニアを含む水素化物
ガス中で熱処理を行うとアンモニアの分解によって生じ
た水素原子が結晶中に拡散しp型窒化物系化合物系半導
体層を水素パッシベーションで高抵抗にする。このウエ
ハを電解液に浸しウエハの一部分に選択的に光線を照射
しながら電界をかけて電気分解をおこなうと、光線照射
部はホールが供給されて分解されるが、未照射部はホー
ルが供給されないので分解が起こらない。
【００１１】上記本発明の半導体レーザの製造方法
（３）によれば、窒化物系化合物半導体からなる多層膜
をアンモニアを含む水素化物ガス中で熱処理を行うとア
ンモニアの分解によって生じた水素原子が結晶中に拡散
しp型窒化物系化合物系半導体層を水素パッシベーショ
ンで高抵抗にする。この断面に光線を照射しながら電界
をかけて電気分解をおこなうと、光線照射部には一様に
ホールが供給されて多層膜の伝導型にかかわらず電気分
解が起きレーザ共振器端面が作製できる。
（３）によれば、窒化物系化合物半導体からなる多層膜
をアンモニアを含む水素化物ガス中で熱処理を行うとア
ンモニアの分解によって生じた水素原子が結晶中に拡散
しp型窒化物系化合物系半導体層を水素パッシベーショ
ンで高抵抗にする。この断面に光線を照射しながら電界
をかけて電気分解をおこなうと、光線照射部には一様に
ホールが供給されて多層膜の伝導型にかかわらず電気分
解が起きレーザ共振器端面が作製できる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。
説明する。
【００１３】（実施例１）図１（ａ）に示すようにまず
サファイア基板１上にGaNバッファ層２、n-GaN層３、n-
AlGaInNクラッド層４、GaN活性層５、p-AlGaInNクラッ
ド層６、p-GaN層７を順次堆積し、SiO2マスク８をp-GaN
層７上に選択的に堆積する。結晶成長は有機金属気相成
長法（ＭＯＶＰＥ）法で行う。すなわち、まず気相成長
させるに先立ち、サファイア基板１を反応炉内のサセプ
ター上に設置し、真空排気した後、100Torrの水素雰囲
気において1100℃で10分間加熱し、基板のクリーニング
を行う。
サファイア基板１上にGaNバッファ層２、n-GaN層３、n-
AlGaInNクラッド層４、GaN活性層５、p-AlGaInNクラッ
ド層６、p-GaN層７を順次堆積し、SiO2マスク８をp-GaN
層７上に選択的に堆積する。結晶成長は有機金属気相成
長法（ＭＯＶＰＥ）法で行う。すなわち、まず気相成長
させるに先立ち、サファイア基板１を反応炉内のサセプ
ター上に設置し、真空排気した後、100Torrの水素雰囲
気において1100℃で10分間加熱し、基板のクリーニング
を行う。
【００１４】次に、600℃まで冷却し、TMG（トリメチル
ガリウム）を60μモル／分、NH3（アンモニア）を1.3L
／分、キャリア水素を2.5L／分流してGaNバッファ層２
を50nm成長させる。
ガリウム）を60μモル／分、NH3（アンモニア）を1.3L
／分、キャリア水素を2.5L／分流してGaNバッファ層２
を50nm成長させる。
【００１５】次にTMGの供給のみを停止し温度を1030℃
まで上昇させた後、TMGを60μモル／分、SiH4（シラ
ン）をを1μモル／分供給してn-GaN層３を堆積する。
まで上昇させた後、TMGを60μモル／分、SiH4（シラ
ン）をを1μモル／分供給してn-GaN層３を堆積する。
【００１６】次にTMGの供給を停止し、800℃まで下げた
後NH3の流量を10L／分にあげる。さらにTMA（トリメチ
ルアルミニウム）を50μモル／分、TMGを60μモル／
分、TMI（トリメチルインジウム）を500μモル／分、Si
H4をを1μモル／分加えて供給しn-AlGaInNクラッド層４
を堆積した後、TMG、TMA、TMIの供給を停止し1030℃ま
で温度を上げNH3の流量を1.3L／分にする。
後NH3の流量を10L／分にあげる。さらにTMA（トリメチ
ルアルミニウム）を50μモル／分、TMGを60μモル／
分、TMI（トリメチルインジウム）を500μモル／分、Si
H4をを1μモル／分加えて供給しn-AlGaInNクラッド層４
を堆積した後、TMG、TMA、TMIの供給を停止し1030℃ま
で温度を上げNH3の流量を1.3L／分にする。
【００１７】次にTMGを60μモル／分供給してGaN活性層
５を堆積した後、再び温度を800℃まで下げた後NH3の流
量を10L／分にあげ、TMAを50μモル／分、TMGを60μモ
ル／分、TMIを500μモル／分、Cp2Mg（シクロペンタジ
エニルマグネシウム）をを1μモル／分加えて供給しp-A
lGaInNクラッド層６を堆積する。
５を堆積した後、再び温度を800℃まで下げた後NH3の流
量を10L／分にあげ、TMAを50μモル／分、TMGを60μモ
ル／分、TMIを500μモル／分、Cp2Mg（シクロペンタジ
エニルマグネシウム）をを1μモル／分加えて供給しp-A
lGaInNクラッド層６を堆積する。
【００１８】最後にTMG、TMA、TMIの供給を停止し1030
℃まで温度を上げNH3の流量を1.3L／分にし、TMGを60μ
モル／分、Cp2Mgをを1μモル／分供給してp-GaN層７を
堆積する。
℃まで温度を上げNH3の流量を1.3L／分にし、TMGを60μ
モル／分、Cp2Mgをを1μモル／分供給してp-GaN層７を
堆積する。
【００１９】成長後の冷却時においては600℃以上でNH3
の供給を停止し、H2のみの雰囲気で室温まで冷却する。
すなわちこの冷却過程でp-AlGaInNクラッド層６、p-GaN
層７への水素原子の侵入を阻止する。ここで、６００℃
の温度でＮＨ3の供給を停止したのは、ｐ型ドーパント
であるＭｇとともに結晶中に入っている水素を結晶から
追い出したいがためであり、この６００℃以上の温度で
は、Ｍｇと水素との結合を切ることができるので、この
温度でガスの供給を停止した。
の供給を停止し、H2のみの雰囲気で室温まで冷却する。
すなわちこの冷却過程でp-AlGaInNクラッド層６、p-GaN
層７への水素原子の侵入を阻止する。ここで、６００℃
の温度でＮＨ3の供給を停止したのは、ｐ型ドーパント
であるＭｇとともに結晶中に入っている水素を結晶から
追い出したいがためであり、この６００℃以上の温度で
は、Ｍｇと水素との結合を切ることができるので、この
温度でガスの供給を停止した。
【００２０】次にホトリソグラフィーを用いてSiO2マス
ク８を選択的に堆積した後、NH3とH2混合雰囲気で600
℃、10分間熱処理する。NH3流量は2L／分である。冷却
過程においては室温までNH3を供給する。この過程でSiO
2マスク８以外の領域ではNH3が分解し水素原子が生成さ
れて結晶中（図１（ｂ）Ｈ領域）に侵入するのに対し、
SiO2マスク８上ではNH3の分解が抑制されるので水素原
子の侵入はない。よってＨ領域のみが高抵抗化される。
Ｈ領域の水素化は水素化物雰囲気における熱処理以外に
も、水素プラズマをSiO2等の誘電体膜をマスクとして照
射しても良い。
ク８を選択的に堆積した後、NH3とH2混合雰囲気で600
℃、10分間熱処理する。NH3流量は2L／分である。冷却
過程においては室温までNH3を供給する。この過程でSiO
2マスク８以外の領域ではNH3が分解し水素原子が生成さ
れて結晶中（図１（ｂ）Ｈ領域）に侵入するのに対し、
SiO2マスク８上ではNH3の分解が抑制されるので水素原
子の侵入はない。よってＨ領域のみが高抵抗化される。
Ｈ領域の水素化は水素化物雰囲気における熱処理以外に
も、水素プラズマをSiO2等の誘電体膜をマスクとして照
射しても良い。
【００２１】次にフッ酸でSiO2マスク８を除去した後、
図２に示すようにウエハを塩酸等の電解液１１に浸す。
ウエハのp-GaN７には陽電極９を電解液１１には陰電極
をそれぞれ設置する。この状態で電界を加えると図２に
示すようにｐ型伝導領域にはホールが供給されてGa+、N
+等のイオンが生成されて電気分解が起こる。すなわ
ち、図１（ｃ）のようにp-AlGaInNクラッド層６、p-GaN
層７のＨ領域以外が選択的にエッチング除去される。
図２に示すようにウエハを塩酸等の電解液１１に浸す。
ウエハのp-GaN７には陽電極９を電解液１１には陰電極
をそれぞれ設置する。この状態で電界を加えると図２に
示すようにｐ型伝導領域にはホールが供給されてGa+、N
+等のイオンが生成されて電気分解が起こる。すなわ
ち、図１（ｃ）のようにp-AlGaInNクラッド層６、p-GaN
層７のＨ領域以外が選択的にエッチング除去される。
【００２２】さらに図１（ｄ）のようにＸｅランプ等の
GaNのバンドギャップ（３．４ｅＶ）よりも大きい波長
を含む光線をレンズで絞りＨ領域下部のn-GaN活性層
５、n-AlGaInNクラッド層に照射しながら電解をかける
と光励起によって生成されたホールの供給のため電気分
解が起こりn-GaNが表出する。したがってこれにデバイ
スの陰電極を設置すれば発光デバイスが作製できる。
GaNのバンドギャップ（３．４ｅＶ）よりも大きい波長
を含む光線をレンズで絞りＨ領域下部のn-GaN活性層
５、n-AlGaInNクラッド層に照射しながら電解をかける
と光励起によって生成されたホールの供給のため電気分
解が起こりn-GaNが表出する。したがってこれにデバイ
スの陰電極を設置すれば発光デバイスが作製できる。
【００２３】最後にウエハを５００℃以上のH2雰囲気で
３０分間熱処理し、ウエハから水素原子を完全に離脱さ
せる。熱処理雰囲気はH2以外のN2やAr等水素化物ガス以
外であればいずれでも良い。GaN結晶の伝導型及びＸｅ
ランプ光の照射強度に対する電気分解のエッチングレー
トの依存性を図３に示す。ｐ型GaNでは光線を未照射で
もレートがかなり速いのに対し、ｎ型、あるいは高抵抗
GaNでは光線を未照射ではほとんどエッチングされな
い。
３０分間熱処理し、ウエハから水素原子を完全に離脱さ
せる。熱処理雰囲気はH2以外のN2やAr等水素化物ガス以
外であればいずれでも良い。GaN結晶の伝導型及びＸｅ
ランプ光の照射強度に対する電気分解のエッチングレー
トの依存性を図３に示す。ｐ型GaNでは光線を未照射で
もレートがかなり速いのに対し、ｎ型、あるいは高抵抗
GaNでは光線を未照射ではほとんどエッチングされな
い。
【００２４】またいずれの伝導型においても光線の照射
強度が強くなるに従いエッチングレートが増加する。こ
のことは電気分解による選択エッチングが電気伝導によ
って極めて制御性良くできることを示している。このよ
うにして電気分解によるウエットエッチングを行えば活
性層端面にダメージを与えることもなく選択的に広範囲
にわたって制御性良く微細加工が可能となる。
強度が強くなるに従いエッチングレートが増加する。こ
のことは電気分解による選択エッチングが電気伝導によ
って極めて制御性良くできることを示している。このよ
うにして電気分解によるウエットエッチングを行えば活
性層端面にダメージを与えることもなく選択的に広範囲
にわたって制御性良く微細加工が可能となる。
【００２５】なお、本実施例で照射する光は、照射する
材料よりもバンドギャップ波長の大きいエネルギーの波
長であればよい。Ｘｅランプ以外には、ヘリウムカドミ
ウムレーザ、窒素レーザであってもよい。波長はともに
約３３０ｎｍである。
材料よりもバンドギャップ波長の大きいエネルギーの波
長であればよい。Ｘｅランプ以外には、ヘリウムカドミ
ウムレーザ、窒素レーザであってもよい。波長はともに
約３３０ｎｍである。
【００２６】また、本実施例では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮ
系の材料に水素を導入して、高抵抗化しているが、同様
にｎ型ＡｌＧａＩｎＮ系の材料に水素を導入して、高抵
抗化することもできるので、この実施例で説明した方法
は、ｎ型の窒化物化合物半導体にも応用が可能である。
その場合に、水素を導入する方法、電気分解によりエッ
チングする方法も図２に示した方法、つまりこの実施例
をそのまま応用できるのである。
系の材料に水素を導入して、高抵抗化しているが、同様
にｎ型ＡｌＧａＩｎＮ系の材料に水素を導入して、高抵
抗化することもできるので、この実施例で説明した方法
は、ｎ型の窒化物化合物半導体にも応用が可能である。
その場合に、水素を導入する方法、電気分解によりエッ
チングする方法も図２に示した方法、つまりこの実施例
をそのまま応用できるのである。
【００２７】また基板にはサファイアを用いたが、Ｓｉ
Ｃを用いることもできる。この場合、基板の上に成長す
るＡｌＧａＩｎＮ層に近い格子定数にすることができる
し、さらにＳｉＣにはドーピングが可能で、ｐ型、ｎ型
基板として用いることもできる。
Ｃを用いることもできる。この場合、基板の上に成長す
るＡｌＧａＩｎＮ層に近い格子定数にすることができる
し、さらにＳｉＣにはドーピングが可能で、ｐ型、ｎ型
基板として用いることもできる。
【００２８】（実施例２）次にｐ型伝導の窒化物系化合
物半導体層において電流狭窄等の目的のため選択的に微
細加工する方法について述べる。
物半導体層において電流狭窄等の目的のため選択的に微
細加工する方法について述べる。
【００２９】図４（ａ）に示すようにまずサファイア基
板１上にGaNバッファ層２、n-GaN層３、n-AlGaInNクラ
ッド層４、GaN活性層５、p-AlGaInNクラッド層６、p-Ga
N層７を順次堆積する。結晶成長は実施例１で述べた有
機金属気層成長法（ＭＯＶＰＥ）法で行う。次にNH3とH
2混合雰囲気で600℃、10分間熱処理する。NH3流量は2L
／分である。冷却過程においては室温までNH3を供給す
る。この過程でウエハ上においてNH3が分解し水素原子
が生成されてp-AlGaInNクラッド層６、p-GaN層７のｐ型
伝導の結晶中に一様に侵入し、水素パッシベーションの
ために高抵抗化される。
板１上にGaNバッファ層２、n-GaN層３、n-AlGaInNクラ
ッド層４、GaN活性層５、p-AlGaInNクラッド層６、p-Ga
N層７を順次堆積する。結晶成長は実施例１で述べた有
機金属気層成長法（ＭＯＶＰＥ）法で行う。次にNH3とH
2混合雰囲気で600℃、10分間熱処理する。NH3流量は2L
／分である。冷却過程においては室温までNH3を供給す
る。この過程でウエハ上においてNH3が分解し水素原子
が生成されてp-AlGaInNクラッド層６、p-GaN層７のｐ型
伝導の結晶中に一様に侵入し、水素パッシベーションの
ために高抵抗化される。
【００３０】次にウエハを図２に示すように塩酸等の電
解液１１に浸す。ウエハのp-GaN７には陽電極９を電解
液１１には陰電極をそれぞれ設置する。
解液１１に浸す。ウエハのp-GaN７には陽電極９を電解
液１１には陰電極をそれぞれ設置する。
【００３１】次に、Ｘｅランプ光を絞りパターン上に照
射しながら、電界をかけ電気分解する。このとき図３に
示すように光線を照射した部分だけにホールが供給され
て電気分解が起こり、光照射されていない高抵抗化され
たｐ型の窒化物系化合物半導体層は電気分解されない。
ここで照射する光は、照射する材料のバンドギャップ波
長より大きいエネルギーの波長であればよい。Ｘｅラン
プ以外には、ヘリウムカドミウムレーザ、窒素レーザで
あってもよい。波長はともに３３０ｎｍである。
射しながら、電界をかけ電気分解する。このとき図３に
示すように光線を照射した部分だけにホールが供給され
て電気分解が起こり、光照射されていない高抵抗化され
たｐ型の窒化物系化合物半導体層は電気分解されない。
ここで照射する光は、照射する材料のバンドギャップ波
長より大きいエネルギーの波長であればよい。Ｘｅラン
プ以外には、ヘリウムカドミウムレーザ、窒素レーザで
あってもよい。波長はともに３３０ｎｍである。
【００３２】最後にウエハを５００℃以上のH2雰囲気で
３０分間熱処理し、ウエハから水素原子を完全に離脱さ
せる。熱処理雰囲気はH2以外のN2やAr等水素化物ガス以
外であればいずれでも良い。すなわち、結晶性の低下を
行うことなく伝導型を制御してウエットエッチングによ
る微細加工技術が可能となった。
３０分間熱処理し、ウエハから水素原子を完全に離脱さ
せる。熱処理雰囲気はH2以外のN2やAr等水素化物ガス以
外であればいずれでも良い。すなわち、結晶性の低下を
行うことなく伝導型を制御してウエットエッチングによ
る微細加工技術が可能となった。
【００３３】ストライプ構造を形成したあと、埋め込み
をおこなう。埋め込み層としてはＧａＩｎＮ１００を用
いた。この層以外にも、ＡｌＧａＩｎＮでもよいが、こ
の場合は、ｐ−ＡｌＧａＩｎＮクラッド層６よりもＡｌ
組成の小さいものであればよい。このようにすること
で、図４（ｅ）に示したような電流狭搾構造の半導体レ
ーザができる。
をおこなう。埋め込み層としてはＧａＩｎＮ１００を用
いた。この層以外にも、ＡｌＧａＩｎＮでもよいが、こ
の場合は、ｐ−ＡｌＧａＩｎＮクラッド層６よりもＡｌ
組成の小さいものであればよい。このようにすること
で、図４（ｅ）に示したような電流狭搾構造の半導体レ
ーザができる。
【００３４】（実施例３）次に窒化物系化合物半導体を
用いた半導体レーザの出射光端面の製造方法に関する実
施例について述べる。
用いた半導体レーザの出射光端面の製造方法に関する実
施例について述べる。
【００３５】図５（ａ）に示すようにまずサファイア基
板１上にGaNバッファ層２、n-GaN層３、n-AlGaInNクラ
ッド層４、GaN活性層５、p-AlGaInNクラッド層６、p-Ga
N層７を順次堆積する。結晶成長は実施例１で述べた有
機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）法で行う。
板１上にGaNバッファ層２、n-GaN層３、n-AlGaInNクラ
ッド層４、GaN活性層５、p-AlGaInNクラッド層６、p-Ga
N層７を順次堆積する。結晶成長は実施例１で述べた有
機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）法で行う。
【００３６】次にNH3とH2混合雰囲気で600℃、10分間熱
処理する。NH3流量は2L／分である。冷却過程において
は室温までNH3を供給する。この過程でウエハ上におい
てNH3が分解し水素原子が生成されてp-AlGaInNクラッド
層６、p-GaN層７のｐ型伝導の結晶中に一様に侵入し、
水素パッシベーションのために高抵抗化される。
処理する。NH3流量は2L／分である。冷却過程において
は室温までNH3を供給する。この過程でウエハ上におい
てNH3が分解し水素原子が生成されてp-AlGaInNクラッド
層６、p-GaN層７のｐ型伝導の結晶中に一様に侵入し、
水素パッシベーションのために高抵抗化される。
【００３７】次にウエハを機械的にスクライブしてレー
ザ共振器長以上の幅を持ったレーザバーを作製する。こ
の幅は好ましくはレーザ共振器長よりも0.1μm程度長い
ものが工程の制御性、簡便性にとって良い。
ザ共振器長以上の幅を持ったレーザバーを作製する。こ
の幅は好ましくはレーザ共振器長よりも0.1μm程度長い
ものが工程の制御性、簡便性にとって良い。
【００３８】次にウエハを図２に示すように塩酸等の電
解液１１に浸す。ウエハのp-GaN７には陽電極９を電解
液１１には陰電極をそれぞれ設置する。
解液１１に浸す。ウエハのp-GaN７には陽電極９を電解
液１１には陰電極をそれぞれ設置する。
【００３９】次に図５（ａ）に示すように共振器端面に
Ｘｅランプ光を照射しながら電界をかけ電気分解を行
い、図５（ｂ）のようにエッチングする。この方法によ
れば共振器端面はすべての層が高抵抗であるので端面に
おいて一様に電気分解することが可能である。
Ｘｅランプ光を照射しながら電界をかけ電気分解を行
い、図５（ｂ）のようにエッチングする。この方法によ
れば共振器端面はすべての層が高抵抗であるので端面に
おいて一様に電気分解することが可能である。
【００４０】最後にウエハを５００℃以上のH2雰囲気で
３０分間熱処理し、ウエハから水素原子を完全に離脱さ
せる。熱処理雰囲気はH2以外のN2やAr等水素化物ガス以
外であればいずれでも良い。このようにして電気分解し
て作製した共振器端面の平坦性を段差測定した結果を図
７に示す。図７の横軸はバッファ層２からｐ−ＧａＮ層
７までの距離を示している。つまり横軸の０は基板１と
バッファ層２との界面を示し、その界面からの位置を横
軸に示している。縦軸は端面の凹凸を示しており、基板
とバッファ層の界面から上に向かって端面の凹凸を走査
していった結果であり、ｌｏｇスケールでとっている。
３０分間熱処理し、ウエハから水素原子を完全に離脱さ
せる。熱処理雰囲気はH2以外のN2やAr等水素化物ガス以
外であればいずれでも良い。このようにして電気分解し
て作製した共振器端面の平坦性を段差測定した結果を図
７に示す。図７の横軸はバッファ層２からｐ−ＧａＮ層
７までの距離を示している。つまり横軸の０は基板１と
バッファ層２との界面を示し、その界面からの位置を横
軸に示している。縦軸は端面の凹凸を示しており、基板
とバッファ層の界面から上に向かって端面の凹凸を走査
していった結果であり、ｌｏｇスケールでとっている。
【００４１】この図７より、本発明は従来の基板を機械
的にスクライブして端面を形成する方法と比較して格段
の平坦性の改善が確認された。つまり、従来のスクライ
ブでは凹凸の振幅が１０００オングストローム（Ａ）あ
ったのに対し、本発明では、凹凸は１０Ａ程度に収まっ
ている。この方法により、結晶性の十分な向上が実現さ
れれば本発明を用いて半導体レーザ共振器端面を作製す
ることが十分に可能である。
的にスクライブして端面を形成する方法と比較して格段
の平坦性の改善が確認された。つまり、従来のスクライ
ブでは凹凸の振幅が１０００オングストローム（Ａ）あ
ったのに対し、本発明では、凹凸は１０Ａ程度に収まっ
ている。この方法により、結晶性の十分な向上が実現さ
れれば本発明を用いて半導体レーザ共振器端面を作製す
ることが十分に可能である。
【００４２】なお、本実施例では窒化物系の材料として
ＡｌＧａＩｎＮを用いているが、ここでＡｌＧａＩｎＮ
とは、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、
０≦ｚ≦１）のことであり、ｘ,ｙ,ｚはどの値を用いて
もかまわない。またＡｌを含まない系ではＢＮ（ボロン
ナイトライド）であってもよい。
ＡｌＧａＩｎＮを用いているが、ここでＡｌＧａＩｎＮ
とは、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、
０≦ｚ≦１）のことであり、ｘ,ｙ,ｚはどの値を用いて
もかまわない。またＡｌを含まない系ではＢＮ（ボロン
ナイトライド）であってもよい。
【００４３】さらにｐ型ＡｌＧａＩｎＮを用いて水素を
拡散させた後、電気分解によりエッチングした場合につ
いて説明したが、実施例１の最後で述べたように、ｎ型
ＡｌＧａＩｎＮを用いても水素拡散後の電気分解でエッ
チングすることができる。
拡散させた後、電気分解によりエッチングした場合につ
いて説明したが、実施例１の最後で述べたように、ｎ型
ＡｌＧａＩｎＮを用いても水素拡散後の電気分解でエッ
チングすることができる。
【００４４】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明の第一の製
造方法によれば従来のように結晶にダメージを与えるド
ライエッチングによることなく電解液を用いたウエット
エッチングで電極部分を形成できるので発光デバイスの
信頼性が飛躍的に向上する。
造方法によれば従来のように結晶にダメージを与えるド
ライエッチングによることなく電解液を用いたウエット
エッチングで電極部分を形成できるので発光デバイスの
信頼性が飛躍的に向上する。
【００４５】また、第二の製造方法によれば光線を照射
した部分だけを選択的にかつ結晶にダメージを与えるこ
となく制御性良くエッチングできるのでレーザの電流狭
窄など信頼性の要求される微細加工技術が可能となる。
した部分だけを選択的にかつ結晶にダメージを与えるこ
となく制御性良くエッチングできるのでレーザの電流狭
窄など信頼性の要求される微細加工技術が可能となる。
【００４６】また、第三の製造方法によれば従来不可能
とされてきた窒化物系化合物半導体レーザの共振器端面
を再現性良く形成することが可能となる。
とされてきた窒化物系化合物半導体レーザの共振器端面
を再現性良く形成することが可能となる。
【図１】本発明の実施例１に関する工程断面図
【図２】本発明の実施例１、２、３に関する電気分解の
工程図
工程図
【図３】本発明の実施例１、２、３に関する光線照射に
よるエッチングレートの依存性を示す図
よるエッチングレートの依存性を示す図
【図４】本発明の実施例２に関する工程断面図
【図５】本発明の実施例３に関する工程断面図
【図６】従来のエッチングまたはスクライブによる工程
後の素子断面図
後の素子断面図
【図７】本発明の実施例３による平坦性向上の効果を示
す図
す図
１ サファイア基板 ２ GaNバッファ層 ３ n-GaN層 ４ n-AlGaInNクラッド層 ５ GaN活性層 ６ p-AlGaInNクラッド層 ７ p-GaN層 ８ SiO2マスク ９ 陽電極 １０ 陰電極 １１ 電解液 １００ GaInN層
フロントページの続き (72)発明者 福久 敏哉 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (12)
- 【請求項１】p型窒化物系化合物半導体の一部分に選択
的に水素原子を拡散させる工程と、 前記化合物半導体を電解液に浸して電界をかけて、前記
化合物半導体の水素原子を拡散させていない領域をエッ
チングする工程とを有することを特徴とする窒化物系化
合物半導体のエッチング方法。 - 【請求項２】水素原子を拡散させる工程が、アンモニア
を含む水素化物ガスから構成される雰囲気で熱処理する
工程であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系
化合物半導体のエッチング方法。 - 【請求項３】窒化物系化合物半導体の一部分に選択的に
誘電体膜を堆積する工程のあと、 前記誘電体膜を形成していない前記化合物半導体に選択
的に水素原子を拡散させることを特徴とする請求項２に
記載の窒化物系化合物半導体のエッチング方法。 - 【請求項４】p型窒化物系化合物半導体に水素原子を拡
散させる工程と、 前記化合物半導体を電解液に浸しかつ前記化合物半導体
の所定の部分に選択的に前記化合物半導体のバンドギャ
ップ波長より大きいエネルギ−の光線を照射しながら電
界をかけてエッチングする工程とを有することを特徴と
する窒化物系化合物半導体のエッチング方法。 - 【請求項５】水素原子を拡散させる工程が、アンモニア
を含む水素化物ガスから構成される雰囲気で熱処理する
ことを特徴とする請求項４に記載の窒化物系化合物半導
体のエッチング方法。 - 【請求項６】窒化物系化合物半導体からなる多層膜の断
面に水素原子を拡散させる工程と、 前記多層膜を電解液に浸し電界をかけて、前記化合物半
導体をエッチングする工程とを有することを特徴とする
窒化物系化合物半導体のエッチング方法。 - 【請求項７】水素原子を拡散させる工程が、アンモニア
を含む水素化物ガスから構成される雰囲気で熱処理する
工程であることを特徴とする請求項６に記載の窒化物系
化合物半導体のエッチング方法。 - 【請求項８】ＡｌＧａＩｎＮ層上に、選択的に誘電体膜
を形成し、 前記誘電体膜を含むＡｌＧａＩｎＮ層上に、熱分解によ
り水素を発生させるガスを流し、 前記ガスを熱分解させることで発生した水素を、前記誘
電体膜が形成されていないＡｌＧａＩｎＮ層に水素を拡
散させることを特徴とする水素拡散方法。 - 【請求項９】ＮＨ3を含むガスを、前記ＮＨ3ガスの分解
温度よりも高温で供給することでｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層
を成長する工程と、 成長後の冷却時において、前記ｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層中
のｐ型ドーパントと水素との結合が切れる温度で前記Ｎ
Ｈ3の供給を停止し、Ｈ2のみの雰囲気で冷却すること
で、前記ＡｌＧａＩｎＮ層への水素の拡散を阻止する水
素拡散阻止方法。 - 【請求項１０】ＮＨ3の供給を停止する温度が、６００
℃以上であることを特徴とする請求項９に記載の水素拡
散阻止方法。 - 【請求項１１】基板上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮ層を成長
する工程と、 前記ｎ型ＡｌＧａＩｎＮ層の上に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮ
層を成長する工程と、 前記ｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層の一部分に選択的に水素原子
を拡散させる工程と、 前記ｐ型,ｎ型ＡｌＧａＩｎＮ層を電解液に浸して電界
をかけ、前記ｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層の水素原子を拡散さ
せていない領域をエッチングする工程と、 前記ｎ型ＡｌＧａＩｎＮ層をエッチングする工程と、 前記ｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層に拡散した水素原子を離脱さ
せる工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子
の製造方法。 - 【請求項１２】ｎ型ＡｌＧａＩｎＮ層をエッチングする
工程が、前記ＡｌＧａＩｎＮ層のバンドギャップ波長よ
り大きいエネルギ−の光線を照射して行うことを特徴と
する請求項１１に記載の半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1173195A JPH08203862A (ja) | 1995-01-27 | 1995-01-27 | 窒化物系化合物半導体のエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1173195A JPH08203862A (ja) | 1995-01-27 | 1995-01-27 | 窒化物系化合物半導体のエッチング方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002277024A Division JP3931777B2 (ja) | 2002-09-24 | 2002-09-24 | 窒化物系化合物半導体のエッチング方法及び半導体発光素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08203862A true JPH08203862A (ja) | 1996-08-09 |
Family
ID=11786183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1173195A Pending JPH08203862A (ja) | 1995-01-27 | 1995-01-27 | 窒化物系化合物半導体のエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08203862A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6190508B1 (en) * | 1998-04-07 | 2001-02-20 | Industrial Technology Research Institute | Method of oxidizing nitride material enhanced by illumination with UV light at room temperature |
| KR20010107604A (ko) * | 2000-05-22 | 2001-12-07 | 시바타 마사하루 | 광학 장치, 광학 장치 제조용 기판, 광학 장치의 제조방법 및 광학 장치 제조용 기판의 제조 방법 |
| KR20020080012A (ko) * | 2001-04-10 | 2002-10-23 | 주식회사 에이티씨 | 질화갈륨계 화합물 반도체소자의 제조방법 |
| US6521917B1 (en) * | 1999-03-26 | 2003-02-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor structures using a group III-nitride quaternary material system with reduced phase separation |
| WO2005057622A2 (en) | 2003-12-05 | 2005-06-23 | International Rectifier Corporation | Structure and method for iii-nitride device isolation |
| KR100647017B1 (ko) * | 2005-09-26 | 2006-11-23 | 삼성전기주식회사 | 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
| US7148149B2 (en) | 2003-12-24 | 2006-12-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating nitride-based compound semiconductor element |
| JP4825218B2 (ja) * | 2004-11-02 | 2011-11-30 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 電解質に対する半導体構造の局部的な電気化学的ポテンシャルの改変による光電気化学（ｐｅｃ）的エッチングの制御 |
-
1995
- 1995-01-27 JP JP1173195A patent/JPH08203862A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US8120139B2 (en) | 2003-12-05 | 2012-02-21 | International Rectifier Corporation | Void isolated III-nitride device |
| US8748204B2 (en) | 2003-12-05 | 2014-06-10 | International Rectifier Corporation | Structure and method for III-nitride device isolation |
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