(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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おいて、
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。
【請求項２】
前記高温雰囲気は８００〜１２００℃であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記３族窒化物半導体はAlxGayIn1-X-yN:0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
0003561057.tif 000002
【図２】
0003561057.tif 000003
【図３】
0003561057.tif 000004
【図４】
0003561057.tif 000005
【図５】
0003561057.tif 000006