JPH10242576A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
半導体発光素子の製造方法Info
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- JPH10242576A JPH10242576A JP4192097A JP4192097A JPH10242576A JP H10242576 A JPH10242576 A JP H10242576A JP 4192097 A JP4192097 A JP 4192097A JP 4192097 A JP4192097 A JP 4192097A JP H10242576 A JPH10242576 A JP H10242576A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 平坦なエッチング面を得ることのできるエッ
チング方法を用いた半導体発光素子の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 サファイア（０００１）面基板１０１上
にＭＯＣＶＤ法等により、各半導体層１０２〜１０７を
エピタキシャル成長する。半導体結晶の表面にレジスト
を塗布した後、フォトマスクを用いて露光および現像を
行いレジストマスク１０８を形成する。そして、このマ
スク１０８を用いてＡｒイオンを用いたイオンミリング
により、半導体結晶の一部をエッチングしてｎ型ＧａＮ
層１０３を露出させる。エッチング工程として、Ａｒイ
オン等によるイオンミリングを用いることにより、エッ
チング残渣やエッチピットのない平坦なエッチング面を
得ることができる。
チング方法を用いた半導体発光素子の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 サファイア（０００１）面基板１０１上
にＭＯＣＶＤ法等により、各半導体層１０２〜１０７を
エピタキシャル成長する。半導体結晶の表面にレジスト
を塗布した後、フォトマスクを用いて露光および現像を
行いレジストマスク１０８を形成する。そして、このマ
スク１０８を用いてＡｒイオンを用いたイオンミリング
により、半導体結晶の一部をエッチングしてｎ型ＧａＮ
層１０３を露出させる。エッチング工程として、Ａｒイ
オン等によるイオンミリングを用いることにより、エッ
チング残渣やエッチピットのない平坦なエッチング面を
得ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオンミリングを
用いた半導体発光素子の製造方法に関するものである。
用いた半導体発光素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】絶縁性基板上の半導体発光素子の従来の
製造技術について、サファイア基板上の窒化ガリウム系
化合物半導体による発光素子について図４を用いて説明
する。
製造技術について、サファイア基板上の窒化ガリウム系
化合物半導体による発光素子について図４を用いて説明
する。
【０００３】まず、図４（ａ）に示すように、サファイ
ア（０００１）面基板４０１上にＭＯＣＶＤ法等によ
り、ＧａＮバッファ層４０２、ｎ型ＧａＮ層４０３、ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層４０４、発光層であるＩｎＧａ
Ｎ活性層４０５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４０６、ｐ
型ＧａＮ層４０７の各半導体層をエピタキシャル成長す
る。
ア（０００１）面基板４０１上にＭＯＣＶＤ法等によ
り、ＧａＮバッファ層４０２、ｎ型ＧａＮ層４０３、ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層４０４、発光層であるＩｎＧａ
Ｎ活性層４０５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４０６、ｐ
型ＧａＮ層４０７の各半導体層をエピタキシャル成長す
る。
【０００４】次に、ｐ型およびｎ型の電極を形成しなけ
ればならないが、サファイア基板４０１は絶縁性である
ため、ｐ型ｎ型両方の電極を共に成長させた半導体結晶
側からとる必要がある。そこで、図４（ｂ）に示すよう
にマスク４０８を用いて半導体結晶の一部をｎ型ＧａＮ
層４０３が露出するまでエッチングする。窒化ガリウム
系化合物半導体は化学的に極めて安定した物質であるた
めウェットエッチングされにくく、ドライエッチングに
よりｎ型ＧａＮ層４０３を露出させる。現在、反応性ガ
スによるドライエッチングが広く用いられており、具体
的な例を挙げると、Ｃｌ２／Ｈ２の混合ガス(Appl.Phy
s.Lett.64,2294(1994).)や、ＢＣｌ３ガス(Appl.Phys.L
ett.64,887(1994).)等を用いたドライエッチングが報告
されている。
ればならないが、サファイア基板４０１は絶縁性である
ため、ｐ型ｎ型両方の電極を共に成長させた半導体結晶
側からとる必要がある。そこで、図４（ｂ）に示すよう
にマスク４０８を用いて半導体結晶の一部をｎ型ＧａＮ
層４０３が露出するまでエッチングする。窒化ガリウム
系化合物半導体は化学的に極めて安定した物質であるた
めウェットエッチングされにくく、ドライエッチングに
よりｎ型ＧａＮ層４０３を露出させる。現在、反応性ガ
スによるドライエッチングが広く用いられており、具体
的な例を挙げると、Ｃｌ２／Ｈ２の混合ガス(Appl.Phy
s.Lett.64,2294(1994).)や、ＢＣｌ３ガス(Appl.Phys.L
ett.64,887(1994).)等を用いたドライエッチングが報告
されている。
【０００５】最後に、図４（ｃ）に示すように、ｐ型Ｇ
ａＮ層４０７およびドライエッチングにより露出させた
ｎ型ＧａＮ層４０３にそれぞれｐ型およびｎ型の電極を
真空蒸着機により蒸着する。
ａＮ層４０７およびドライエッチングにより露出させた
ｎ型ＧａＮ層４０３にそれぞれｐ型およびｎ型の電極を
真空蒸着機により蒸着する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ｎ型半
導体層を、上述したような反応性ガスによるドライエッ
チングを用いて露出させる従来の方法は、以下に述べる
ような問題点を有していた。
導体層を、上述したような反応性ガスによるドライエッ
チングを用いて露出させる従来の方法は、以下に述べる
ような問題点を有していた。
【０００７】すなわち、反応性ガスによるドライエッチ
ングでは、図５に示すように、エッチング面に残渣（エ
ッチング面にエッチングされていない領域があり、その
部分が柱状に残った状態）やピット（エッチング面の一
部が穴が開いたようになった状態）が生じやすく、平坦
なエッチング面が得られにくい。このようなエッチング
面に金属電極を蒸着すると、電極の密着性が悪化する。
ングでは、図５に示すように、エッチング面に残渣（エ
ッチング面にエッチングされていない領域があり、その
部分が柱状に残った状態）やピット（エッチング面の一
部が穴が開いたようになった状態）が生じやすく、平坦
なエッチング面が得られにくい。このようなエッチング
面に金属電極を蒸着すると、電極の密着性が悪化する。
【０００８】また、ｎ型半導体層をドライエッチングに
より露出させる際、図４（ｂ）に示すようにエッチング
が不要な部分はＳｉＯ２等によりマスクする必要がある
が、Ｈ２を含むガスを用いた場合、ＳｉＯ２の膜厚や膜
質によっては水素プラズマがＳｉＯ２膜を透過してｐ型
ＧａＮ中の不純物（例えばＭｇ）の一部と結合してこの
不純物を不活性化する（パッシベーション）可能性があ
り、ｐ型ＧａＮの正孔濃度が減少し、半導体−電極間の
コンタクト抵抗が増大し電流電圧特性が図６に示すよう
なノン・オーミック特性になるという問題点を有してい
た。
より露出させる際、図４（ｂ）に示すようにエッチング
が不要な部分はＳｉＯ２等によりマスクする必要がある
が、Ｈ２を含むガスを用いた場合、ＳｉＯ２の膜厚や膜
質によっては水素プラズマがＳｉＯ２膜を透過してｐ型
ＧａＮ中の不純物（例えばＭｇ）の一部と結合してこの
不純物を不活性化する（パッシベーション）可能性があ
り、ｐ型ＧａＮの正孔濃度が減少し、半導体−電極間の
コンタクト抵抗が増大し電流電圧特性が図６に示すよう
なノン・オーミック特性になるという問題点を有してい
た。
【０００９】また、反応性のエッチングであるために、
半導体結晶の種類や半導体混晶の組成の違いによりエッ
チングレートが大きく異なり、エッチング量の制御が困
難であった。
半導体結晶の種類や半導体混晶の組成の違いによりエッ
チングレートが大きく異なり、エッチング量の制御が困
難であった。
【００１０】さらに、使用するガスの種類によっては、
有毒で人体に悪影響を及ぼすものもあり、ガスのリーク
等の万一の場合の安全性の面からも問題を有していた。
有毒で人体に悪影響を及ぼすものもあり、ガスのリーク
等の万一の場合の安全性の面からも問題を有していた。
【００１１】本発明はこのような従来の課題を解決し、
エッチング面の残渣やピットを無くして平坦なエッチン
グ面を得、また、制御性および安全性の高いドライエッ
チングの方法を提供するためのものである。
エッチング面の残渣やピットを無くして平坦なエッチン
グ面を得、また、制御性および安全性の高いドライエッ
チングの方法を提供するためのものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上述したような課題を解
決するために、本発明では、絶縁性基板上の半導体発光
素子の製造におけるドライエッチング工程として、イオ
ンミリングを用いる。その後にイオンミリングにより露
出したエッチング面を熱処理またはウェットエッチング
し、しかる後にエッチング面に電極を蒸着する。
決するために、本発明では、絶縁性基板上の半導体発光
素子の製造におけるドライエッチング工程として、イオ
ンミリングを用いる。その後にイオンミリングにより露
出したエッチング面を熱処理またはウェットエッチング
し、しかる後にエッチング面に電極を蒸着する。
【００１３】また、各半導体結晶がウルツ鉱型の結晶構
造を有する場合、イオンミリングにおいて、イオンビー
ムと半導体結晶の法線との成す角度を３０〜６０度とす
ることにより、高いエッチングレートを得ることができ
る。
造を有する場合、イオンミリングにおいて、イオンビー
ムと半導体結晶の法線との成す角度を３０〜６０度とす
ることにより、高いエッチングレートを得ることができ
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
て説明する。
【００１５】本発明による絶縁性基板上の半導体発光素
子の製造方法の一例として、サファイア基板上の窒化ガ
リウム系化合物半導体による発光素子について説明す
る。
子の製造方法の一例として、サファイア基板上の窒化ガ
リウム系化合物半導体による発光素子について説明す
る。
【００１６】まず、図１（ａ）に示すように、サファイ
ア（０００１）面基板１０１上にＭＯＣＶＤ法等によ
り、各半導体層１０２〜１０７をエピタキシャル成長す
る。各層の説明は従来例と同じであるので省略する。各
半導体層はウルツ鉱型の結晶構造を有している。
ア（０００１）面基板１０１上にＭＯＣＶＤ法等によ
り、各半導体層１０２〜１０７をエピタキシャル成長す
る。各層の説明は従来例と同じであるので省略する。各
半導体層はウルツ鉱型の結晶構造を有している。
【００１７】次に、半導体結晶の表面にレジストを塗布
した後、フォトマスクを用いて露光および現像を行い、
図１（ｂ）に示すようにレジストマスク１０８を形成す
る。そして、このマスク１０８を用いてＡｒイオンを用
いたイオンミリングにより、半導体結晶の一部をエッチ
ングしてｎ型ＧａＮ層１０３を露出させる。イオンミリ
ングは反応性ガスを用いたドライエッチングと異なり、
試料を物理的にエッチングする。そのため、エッチング
面に残渣やピットが生じることがなく十分に平坦なエッ
チング面を得ることができる。なお、イオンミリングに
おけるマスクとしてはその他にＳｉＯ２やＳｉＮｘ等を
用いることができる。
した後、フォトマスクを用いて露光および現像を行い、
図１（ｂ）に示すようにレジストマスク１０８を形成す
る。そして、このマスク１０８を用いてＡｒイオンを用
いたイオンミリングにより、半導体結晶の一部をエッチ
ングしてｎ型ＧａＮ層１０３を露出させる。イオンミリ
ングは反応性ガスを用いたドライエッチングと異なり、
試料を物理的にエッチングする。そのため、エッチング
面に残渣やピットが生じることがなく十分に平坦なエッ
チング面を得ることができる。なお、イオンミリングに
おけるマスクとしてはその他にＳｉＯ２やＳｉＮｘ等を
用いることができる。
【００１８】図２に、Ａｒイオンの加速電圧が７００ｅ
Ｖ、イオン電流密度が２ｍＡ／ｃｍ２でのエッチングレ
ートの角度（イオンビームと半導体結晶の法線との成す
角度）依存性をウルツ鉱型ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮそれ
ぞれについて示す。このように、イオンミリングによる
エッチングレートは明確な角度依存性を示し、ＧａＮ、
ＡｌＮ、ＩｎＮいずれについても５０度付近で最大とな
り、そのレートは、それぞれ、６００Å／min、８００
Å／min、１２００Å／min程度となる。このように、イ
オンビームと半導体結晶の法線との成す角度を３０〜６
０度程度にすることにより大きなエッチングレートでエ
ッチングする事ができる。マスクに用いるレジストのエ
ッチングレートは１５０Å／ｍｉｎ程度であり、マスク
との選択比を３程度以上とることができるので、レジス
トマスク１０８の厚みが２μｍ程度あれば、ｎ型ＧａＮ
層１０３を露出させるためのマスクとして十分に使用す
ることができる。イオンミリングの再現性、および、直
径３インチ程度の領域における均一性は共に５％以内に
おさまっており、実用上も問題のないものである。
Ｖ、イオン電流密度が２ｍＡ／ｃｍ２でのエッチングレ
ートの角度（イオンビームと半導体結晶の法線との成す
角度）依存性をウルツ鉱型ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮそれ
ぞれについて示す。このように、イオンミリングによる
エッチングレートは明確な角度依存性を示し、ＧａＮ、
ＡｌＮ、ＩｎＮいずれについても５０度付近で最大とな
り、そのレートは、それぞれ、６００Å／min、８００
Å／min、１２００Å／min程度となる。このように、イ
オンビームと半導体結晶の法線との成す角度を３０〜６
０度程度にすることにより大きなエッチングレートでエ
ッチングする事ができる。マスクに用いるレジストのエ
ッチングレートは１５０Å／ｍｉｎ程度であり、マスク
との選択比を３程度以上とることができるので、レジス
トマスク１０８の厚みが２μｍ程度あれば、ｎ型ＧａＮ
層１０３を露出させるためのマスクとして十分に使用す
ることができる。イオンミリングの再現性、および、直
径３インチ程度の領域における均一性は共に５％以内に
おさまっており、実用上も問題のないものである。
【００１９】さらに、Ａｒは不活性ガスであり、ガスの
リーク等の万一の場合の安全性の面からも反応性のガス
を用いるドライエッチングに比較して優れているといえ
る。
リーク等の万一の場合の安全性の面からも反応性のガス
を用いるドライエッチングに比較して優れているといえ
る。
【００２０】以上のようにしてｎ型ＧａＮ層１０３を露
出した後、レジストマスク１０８をアセトンを用いて除
去する。その後、Ｎ２等の雰囲気中で熱処理を行う、あ
るいは、紫外線を照射しながらＫＯＨなどのアルカリの
水溶液で表面をわずかにウェットエッチングすることに
よりイオンミリングにより結晶表面が受けたダメージを
回復することができる。
出した後、レジストマスク１０８をアセトンを用いて除
去する。その後、Ｎ２等の雰囲気中で熱処理を行う、あ
るいは、紫外線を照射しながらＫＯＨなどのアルカリの
水溶液で表面をわずかにウェットエッチングすることに
よりイオンミリングにより結晶表面が受けたダメージを
回復することができる。
【００２１】そして、図１（ｃ）に示すように、真空蒸
着機を用いてｐ型ＧａＮ層１０７およびｎ型ＧａＮ層１
０３にそれぞれ電極１０９および１１０を蒸着する。
着機を用いてｐ型ＧａＮ層１０７およびｎ型ＧａＮ層１
０３にそれぞれ電極１０９および１１０を蒸着する。
【００２２】上述したような手段を用いれば、イオンミ
リングにより平坦なエッチング面が得られ、かつその後
の熱処理または表面処理により結晶性も向上するので、
半導体−電極間のコンタクト抵抗を小さくすることがで
き、電流電圧特性は図３に示すようなオーミック特性と
なる。
リングにより平坦なエッチング面が得られ、かつその後
の熱処理または表面処理により結晶性も向上するので、
半導体−電極間のコンタクト抵抗を小さくすることがで
き、電流電圧特性は図３に示すようなオーミック特性と
なる。
【００２３】なお、本実施の形態ではサファイア基板上
のウルツ鉱型窒化ガリウム系化合物半導体による発光素
子を例として説明したが、本発明の効果は無論これに限
られるものではなく、窒化ガリウム系化合物半導体以外
の材料にも適用できることは明らかである。また、イオ
ンミリングに用いるガスもＡｒに限定する必要はなく、
ＮｅやＫｒやＸｅを用いてもよい。
のウルツ鉱型窒化ガリウム系化合物半導体による発光素
子を例として説明したが、本発明の効果は無論これに限
られるものではなく、窒化ガリウム系化合物半導体以外
の材料にも適用できることは明らかである。また、イオ
ンミリングに用いるガスもＡｒに限定する必要はなく、
ＮｅやＫｒやＸｅを用いてもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上のように、絶縁性基板上の半導体発
光素子の製造におけるドライエッチング工程として、本
発明によるイオンミリングを用いることにより、残渣や
ピットのない十分に平坦なエッチング面を得ることがで
きる。また、その後にイオンミリングにより露出したエ
ッチング面をＮ２等の雰囲気中で熱処理を行うまたはア
ルカリ溶液等でウェットエッチングを行い、しかる後に
エッチング面に電極を蒸着することにより、半導体−電
極間の密着性を良くし、かつコンタクト抵抗を小さくす
ることができる。
光素子の製造におけるドライエッチング工程として、本
発明によるイオンミリングを用いることにより、残渣や
ピットのない十分に平坦なエッチング面を得ることがで
きる。また、その後にイオンミリングにより露出したエ
ッチング面をＮ２等の雰囲気中で熱処理を行うまたはア
ルカリ溶液等でウェットエッチングを行い、しかる後に
エッチング面に電極を蒸着することにより、半導体−電
極間の密着性を良くし、かつコンタクト抵抗を小さくす
ることができる。
【００２５】また、各半導体層がウルツ鉱型の結晶構造
を有する場合、イオンミリングにおいて、イオンビーム
と半導体結晶の法線との成す角度を３０〜６０度とする
ことにより、高いエッチングレートを得ることができ
る。
を有する場合、イオンミリングにおいて、イオンビーム
と半導体結晶の法線との成す角度を３０〜６０度とする
ことにより、高いエッチングレートを得ることができ
る。
【００２６】さらに、Ａｒ等の不活性ガスをイオンソー
スとして使用することにより万一の場合の安全性という
点でも有利なものである。
スとして使用することにより万一の場合の安全性という
点でも有利なものである。
【図１】本発明の実施の形態における半導体発光素子の
製造工程を示す図
製造工程を示す図
【図２】本発明の実施の形態におけるイオンミリングの
イオンビーム角度依存性を示す図
イオンビーム角度依存性を示す図
【図３】本発明の実施の形態における半導体−電極間の
電流電圧特性を示す図
電流電圧特性を示す図
【図４】従来の半導体発光素子の製造工程を示す図
【図５】従来のエッチング法でのエッチング表面を示す
図
図
【図６】従来の半導体発光素子における半導体−電極間
の電流電圧特性を示す図
の電流電圧特性を示す図
１０１，４０１ 絶縁性基板 １０２，４０２ バッファ層 １０３，４０３ ｎ型ＧａＮ層 １０４，４０４ ｎ型ＡｌＧａＮ層 １０５，４０５ ＩｎＧａＮ活性層 １０６，４０６ ｐ型ＡｌＧａＮ層 １０７，４０７ ｐ型ＧａＮ層 １０８，４０８ マスク １０９，４０９ ｐ型電極 １１０，４１０ ｎ型電極
フロントページの続き (72)発明者 上村 信行 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 粂 雅博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 伴 雄三郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 木戸口 勲 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 (2)
- 【請求項１】 イオンミリングにより半導体結晶をエッ
チングする工程と、前記イオンミリングにより露出した
エッチング面を熱処理またはウェットエッチングする工
程と、前記エッチング面に電極を蒸着する工程を含む半
導体発光素子の製造方法。 - 【請求項２】 半導体結晶はウルツ鉱型の結晶構造を有
し、イオンミリングにおいて、イオンビームと半導体結
晶の法線とのなす角度が、３０〜６０度である請求項１
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 |
|---|---|---|---|
| JP4192097A JPH10242576A (ja) | 1997-02-26 | 1997-02-26 | 半導体発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4192097A JPH10242576A (ja) | 1997-02-26 | 1997-02-26 | 半導体発光素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10242576A true JPH10242576A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=12621699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4192097A Pending JPH10242576A (ja) | 1997-02-26 | 1997-02-26 | 半導体発光素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10242576A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6610606B2 (en) | 2001-03-27 | 2003-08-26 | Shiro Sakai | Method for manufacturing nitride compound based semiconductor device using an RIE to clean a GaN-based layer |
| FR3009129A1 (fr) * | 2013-07-26 | 2015-01-30 | St Microelectronics Tours Sas | Procede de fabrication d'un composant electronique au nitrure de gallium |
| WO2018096899A1 (ja) * | 2016-11-24 | 2018-05-31 | 日機装株式会社 | 半導体発光素子の製造方法 |
| JP2018085455A (ja) * | 2016-11-24 | 2018-05-31 | 日機装株式会社 | 半導体発光素子の製造方法 |
-
1997
- 1997-02-26 JP JP4192097A patent/JPH10242576A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6610606B2 (en) | 2001-03-27 | 2003-08-26 | Shiro Sakai | Method for manufacturing nitride compound based semiconductor device using an RIE to clean a GaN-based layer |
| FR3009129A1 (fr) * | 2013-07-26 | 2015-01-30 | St Microelectronics Tours Sas | Procede de fabrication d'un composant electronique au nitrure de gallium |
| WO2018096899A1 (ja) * | 2016-11-24 | 2018-05-31 | 日機装株式会社 | 半導体発光素子の製造方法 |
| JP2018085455A (ja) * | 2016-11-24 | 2018-05-31 | 日機装株式会社 | 半導体発光素子の製造方法 |
| WO2018096898A1 (ja) * | 2016-11-24 | 2018-05-31 | 日機装株式会社 | 半導体発光素子の製造方法 |
| JP2018085456A (ja) * | 2016-11-24 | 2018-05-31 | 日機装株式会社 | 半導体発光素子の製造方法 |
| CN109997235A (zh) * | 2016-11-24 | 2019-07-09 | 日机装株式会社 | 半导体发光元件的制造方法 |
| US10720547B2 (en) | 2016-11-24 | 2020-07-21 | Nikkiso Co., Ltd. | Method of manufacturing semiconductor light emitting device |
| US10854773B2 (en) | 2016-11-24 | 2020-12-01 | Nikkiso Co., Ltd. | Method of manufacturing semiconductor light emitting device |
| CN109997235B (zh) * | 2016-11-24 | 2021-08-20 | 日机装株式会社 | 半导体发光元件的制造方法 |
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