(57)【要約】【課題】エッチング装置自体が安価であり、ランニングコストが低く、さらに、量産性に有利であるなどの利点を有する光電気化学エッチングによって、ＩＩＩ族窒化物半導体を選択エッチングする。【解決手段】エッチャント２０２で満たされる容器２００と、容器内に設けられた、被エッチング層とエッチストップ層を有する基板１１０を保持する治具２０４と、基板が備える電流引出し用電極６０に接続される電流引出し線２１２と、容器内に設けられたカソード線２０８と、カソード線と電流引出し線との間に、直列に接続されている可変電圧源２１４及び電流計２１０と、高圧水銀ランプ又は低圧水銀ランプの水銀ランプ２１６と、水銀ランプに取り付けられ、エッチストップ層のバンドギャップエネルギーよりも低く、被エッチング層のバンドギャップエネルギーよりも高い光を、選択的に透過させるフィルタ２１８とを備えて構成される。【選択図】図２
2007227450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のＩＩＩ族窒化物半導体のエッチストップ層、該エッチストップ層上に形成された、前記第１のＩＩＩ族窒化物半導体よりもバンドギャップエネルギーの低い第２のＩＩＩ族窒化物半導体の被エッチング層、及び、電流引出し電極を備えるＩＩＩ族窒化物半導体基板の、前記被エッチング層を選択エッチングする光電気化学エッチング装置であって、
エッチャントで満たされる容器と、
該容器内に設けられた、前記ＩＩＩ族窒化物半導体基板を保持する治具と、
前記電流引出し電極に接続される電流引出し線と、
前記容器内に設けられたカソード線と、
該カソード線と前記電流引出し線との間に、直列に接続されている可変電圧源及び電流計と、
高圧水銀ランプ又は低圧水銀ランプと、
前記高圧水銀ランプ又は前記低圧水銀ランプに取り付けられ、前記第１のＩＩＩ族窒化物半導体のバンドギャップエネルギーよりも低く、かつ、前記第２のＩＩＩ族窒化物半導体のバンドギャップエネルギーよりも高いエネルギーを有する光を、選択的に透過させて前記ＩＩＩ族窒化物半導体基板に照射するフィルタと
を備えることを特徴とする光電気化学エッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体を選択的にエッチングする、光電気化学エッチング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＩＩＩ族窒化物半導体のエッチングには、ドライエッチングと光電気化学エッチングの２種類がある。
【０００３】
ドライエッチングでは、ＡｌＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層上に形成されたＧａＮ層とを有する半導体基板に対する選択エッチングについて報告されている（例えば、非特許文献１参照）。しかしながら、ドライエッチングでは、半導体基板の表面付近がプラズマイオンなどにより、ダメージを受ける恐れがある（例えば、非特許文献２参照）。また、プラズマエッチング装置自体が高価であり、ランニングコストが高く、さらに、エッチングマスクとエッチング対象とのエッチングレート比が小さいなどの問題がある。
【０００４】
ドライエッチングに対し、光電気化学エッチングでは、プラズマイオンによるダメージを受ける恐れがない。また、エッチング装置は安価であり、ランニングコストが低く、さらに、量産性に有利であるなどの利点がある。光電気化学エッチングによる選択エッチングとしては、紫外線（ＵＶ）光源に、Ｈｅ−Ｃｄレーザを用いたものが報告されている（例えば、非特許文献３参照）。
【非特許文献１】Ｙａｎｊｕｎ  ＨＡＮ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｈｉｇｈｌｙ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｄｒｙ  Ｅｔｃｈｉｎｇ  ｏｆ  ＧａＮ  ｏｖｅｒ  ＡｌＧａＮ  Ｕｓｉｎｇ  Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｃｌ２／Ｎ２／Ｏ２  Ｐｌａｓｍａｓ”，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．４２（２００３）ｐｐ．Ｌ１１３９−１１４１
【非特許文献２】Ｃｈａｏ−Ｙｉ  ＦＡＮＧ  ｅｔ  ａｌ．，”Ｅｔｃｈｉｎｇ  Ｄａｍａｇｅｓ  ｏｎ  ＡｌＧａＮ，  ＧａＮ  ａｎｄ  ＩｎＧａＮ  Ｃａｕｓｅｄ  ｂｙ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｅｔｃｈ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｗｅｔ  Ｅｔｃｈ  Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｓ“，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．４２（２００３）ｐｐ．４２０７−４２１２
【非特許文献３】Ｐ．Ｖｉｓｏｎｃｔｉ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｈｉｇｈｌｙ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｐｈｏｔｏｅｎｈａｎｃｅｄ  ｗｅｔ  ｅｔｃｈｉｎｇ  ｏｆ  ＧａＮ  ｆｏｒ  ｄｅｆｅｃｔ  ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｄｅｖｉｃｅ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ”，Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｖｏｌ．６３９（２００１）Ｇ３．１４．１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＵＶ光源としてＨｅ−Ｃｄレーザを用いたエッチング装置は、Ｈｅ−Ｃｄレーザの照射面積が通常１ｃｍ２以下と小さいため、実用は困難である。ここで、照射面積をレンズ等で広げると照射光の強度が減衰するため、照射面積の拡大には限界がある。
【０００６】
また、ＵＶ光源として水銀ランプを用いると、水銀ランプからブロードな波長域（２００ｎｍ〜６００ｎｍ）の光が発せられる。このため、ＡｌＧａＮ層上に形成された、ＧａＮ層のみを被エッチング層としてエッチングする場合に、エッチング対象でないＡｌＧａＮ層がエッチングされてしまう。
【０００７】
この問題を解決するために、超高圧水銀ランプにＵＶフィルタを取り付けることで、照射される光の波長を選択する構成も考えられるが、この場合、波長２８９ｎｍ、２９７ｎｍ、３０３ｎｍ及び３１３ｎｍのｊ線は、最大強度が得られる波長に対して６０％程度の強度しか得られない。
【０００８】
これに対し、水銀ランプとして、高圧水銀ランプ又は低圧水銀ランプを用いると、超高圧水銀ランプに比べて、短い波長（例えば、波長３２０ｎｍ又は２５０ｎｍ）の照射光の強度が強くなるので、バンドギャップ波長が短い半導体をエッチングするのに有効である。
【０００９】
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、エッチング装置が安価であり、ランニングコストが低く、さらに、量産性に有利であるなどの利点を有する光電気化学エッチングによって、バンドギャップ波長が短いＩＩＩ族窒化物半導体を選択エッチングする、光電気化学エッチング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するために、この発明の光電気化学エッチング装置は、第１のＩＩＩ族窒化物半導体のエッチストップ層、エッチストップ層上に形成された、第１のＩＩＩ族窒化物半導体よりもバンドギャップエネルギーの低い第２のＩＩＩ族窒化物半導体の被エッチング層、及び、電流引出し電極を備えるＩＩＩ族窒化物半導体基板の、被エッチング層を選択エッチングする光電気化学エッチング装置である。当該光電気化学エッチング装置は、エッチャントで満たされる容器と、容器内に設けられた、ＩＩＩ族窒化物半導体基板を保持する治具と、電流引出し電極に接続される電流引出し線と、容器内に設けられたカソード線と、カソード線と電流引出し線との間に、直列に接続されている可変電圧源及び電流計と、高圧水銀ランプ又は低圧水銀ランプと、高圧水銀ランプ又は低圧水銀ランプに取り付けられ、第１のＩＩＩ族窒化物半導体のバンドギャップエネルギーよりも低く、第２のＩＩＩ族窒化物半導体のバンドギャップエネルギーよりも高いエネルギーを有する光を、選択的に透過させてＩＩＩ族窒化物半導体基板に照射するフィルタとを備えて構成される。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の光電気化学エッチング装置によれば、エッチング装置自体が安価であり、ランニングコストが低く、さらに、量産性に有利であるなどの利点を有する光電気化学エッチングによって、ＩＩＩ族窒化物半導体を選択エッチングできる。また、光源として、高圧水銀ランプ又は低圧水銀ランプを用いると、ともにバンドギャップ波長が３５０ｎｍよりも短い第１のＩＩＩ族窒化物半導体及び第２のＩＩＩ族窒化物半導体のうち、バンドギャップ波長の長い方のみを選択エッチングするのに好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の、形状、大きさ及び配置関係についてはこの発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の組成（材質）及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００１３】
（ＩＩＩ族窒化物半導体基板）
図１を参照して、この発明の光電気化学エッチング装置で、選択エッチングを行う、ＩＩＩ族窒化物半導体基板について説明する。図１は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板を説明するための、概略的な断面図である。ここで、ＩＩＩ族に属する元素は、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）である。ＩＩＩ族窒化物半導体には、ＢＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮと、これらの混晶である、ＡｌＧａＮ及びＩｎＧａＮなどが含まれる。ＩＩＩ族窒化物半導体の一般式は、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＢ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）である。なお、ｘ、ｙ、ｚ及び１−ｘ−ｙ−ｚが０の場合は、それぞれ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ及びＢの各元素が含まれていないことを示す。
【００１４】
ＩＩＩ族窒化物半導体基板１１０は、エピタキシャル基板１０上に、オーミック電極２２、エッチングマスク５０及び電流引出し電極６０を備えている。
【００１５】
エピタキシャル基板１０は、下地基板１１上に、緩衝層１２、ヘテロ構造層１３及びキャップ層１８が順に積層されて構成されている。緩衝層１２、ヘテロ構造層１３及びキャップ層１８は、例えば、有機金属気相化学成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や電子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）法により形成される。
【００１６】
下地基板１１として、例えば、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板、サファイア基板、又はシリコン（Ｓｉ）基板が用いられる。
【００１７】
緩衝層１２は、例えば、ＧａＮ又はＡｌＮで形成される。緩衝層１２は、下地基板１１とヘテロ構造層１３との間で格子緩和効果を生じさせるために設けられている。
【００１８】
ヘテロ構造層１３は、緩衝層１２上に形成されたチャネル層１４と、チャネル層１４上に形成されたキャリア供給層１６で構成される。チャネル層１４はＩＩＩ族窒化物半導体、例えば、ＧａＮで形成される。また、キャリア供給層１６は、第１のＩＩＩ族窒化物半導体、例えば、ＡｌＧａＮで形成される。チャネル層１４及びキャリア供給層１６間の接合はヘテロ結合であって、ポテンシャル井戸を持つエネルギーバンド構造を持つ。このポテンシャル井戸に閉じ込められた電子はヘテロ接合の接合面（以下、ヘテロ接合面と称する。）と垂直な方向には運動の自由度がなく、二次元電子ガスと呼ばれる。この二次元電子ガスは電子移動度が大きく、ソース−ドレイン間に流れる二次元電子ガスによる電流が、ゲートに印加される電圧で制御される。
【００１９】
キャップ層１８は、キャリア供給層１６を構成する第１のＩＩＩ族窒化物半導体のバンドギャップエネルギーＥ１よりも低いバンドギャップエネルギーＥ２（＜Ｅ１）を有する第２のＩＩＩ族窒化物半導体、例えば、ＧａＮで形成される。
【００２０】
第２のＩＩＩ族窒化物半導体のキャップ層１８が光電気化学エッチングの対象の被エッチング層になる。また、第１のＩＩＩ族窒化物半導体のキャリア供給層１６は、エッチングされない、エッチストップ層になる。
【００２１】
上述したエピタキシャル基板１０上に、オーミック電極２２が、チタン（Ｔｉ）やアルミニウム（Ａｌ）を蒸着することによって、形成されている。また、エピタキシャル基板１０及びオーミック電極２２上に、エッチングマスク５０が形成されている。エッチングマスク５０は、例えば、酸窒化シリコン又は酸窒化アルミニウムを、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法又はスパッタ法で堆積することによって、形成される。
【００２２】
エッチングマスク５０は、エピタキシャル基板１０の選択エッチングされる部分に対応する、選択エッチング領域３０に開口を備えている。また、エピタキシャル基板１０から電流を出し入れするコンタクト領域３２にも、同様に開口を備えている。エピタキシャル基板１０のコンタクト領域３２に接する、電流引出し電極６０は、金属の蒸着により形成される。エッチングマスク５０の選択エッチング領域３０及びコンタクト領域３２の開口は、例えば、任意好適な周知のウェットエッチングによって行われる。
【００２３】
上述した、エピタキシャル基板１０にオーミック電極２２、エッチングマスク５０及び電流引出し電極６０を形成したＩＩＩ族窒化物半導体基板１１０に対して、光電気化学エッチングを行う。
【００２４】
（光電気化学エッチング装置）
図２を参照して、この発明の光電気化学エッチング装置について説明する。図２は、光電気化学エッチング装置を模式的に示した概略構成図である。ビーカー等の光電気化学エッチング容器（以下、単に容器と称することもある。）２００にエッチャント２０２として、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等のアルカリ、又は塩酸（ＨＣｌ）等の酸を、水、グリコール等に溶かした溶液が満たされる。
【００２５】
容器２００中にＩＩＩ族窒化物半導体基板（以下、単に基板と称することもある。）１１０を保持する治具２０４が、備えられている。この治具２０４に、電流引出し電極６０を備える基板１１０が固定される。電流引出し線２１２は、基板１１０に設けられている電流引出し電極６０に接続される。容器２００内には、カソード線２０８が備えられていて、カソード線２０８と電流引出し線２１２の間には、可変電圧源２１４と電流計２１０が、直列に接続されている。カソード線２０８として、白金、金、銀、炭素等のイオン化傾向の大きい物質が用いられる。
【００２６】
光電気化学エッチング装置は、光源として、フィルタ２１８を取り付けた水銀ランプ２１６を備えている。水銀ランプ２１６は、照射面積が大きく取れ、均一な光（図中、矢印Ｉで示す。）を基板１１０に対して照射できる。フィルタ２１８は、基板に照射される光を、第１のＩＩＩ族窒化物半導体のバンドギャップエネルギーＥ１よりも低く、かつ、第２のＩＩＩ族窒化物半導体のバンドギャップエネルギーＥ２よりも高いエネルギーＥ（Ｅ２＜Ｅ＜Ｅ１）を有する光を、選択的に透過させる。なお、後述するように、水銀ランプとして高圧水銀ランプ又は低圧水銀ランプを用いるのが好適である。
【００２７】
（光電気化学エッチング）
図３（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、光電気化学エッチングでの選択エッチングについて説明する。図３（Ａ）及び（Ｂ）は、選択エッチングのメカニズムを説明するための模式図であって、図３（Ａ）は、波長が３４０ｎｍの紫外光（ＵＶ光）を、ＧａＮに照射した場合を示し、図３（Ｂ）は、波長が３４０ｎｍのＵＶ光を、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎに照射した場合を示している。
【００２８】
ＧａＮのバンドギャップエネルギーは、３．４２ｅＶであり、これに対応するバンドギャップ波長は、３６３ｎｍである。また、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎのバンドギャップエネルギーは、４．１５８ｅＶであり、これに対応するバンドギャップ波長は、２９８ｎｍである。
【００２９】
ここで、波長が３４０ｎｍのＵＶ光をＧａＮに照射すると、ＵＶ光の波長がバンドギャップ波長よりも短い、すなわち、ＵＶ光のエネルギーがＧａＮのバンドギャップエネルギーよりも高いので、価電子帯の電子は、伝導帯に励起される（図３（Ａ））。
【００３０】
一方、波長が３４０ｎｍのＵＶ光をＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎに照射すると、ＵＶ光の波長がバンドギャップ波長よりも長い、すなわち、ＵＶ光のエネルギーがＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎのバンドギャップエネルギーよりも低いので、価電子帯の電子は、伝導帯に励起されない（図３（Ｂ））。
【００３１】
被エッチング層となるキャップ層１８を、第２のＩＩＩ族窒化物半導体としてＧａＮで形成し、エッチストップ層となるキャリア供給層１６を、第１のＩＩＩ族窒化物半導体としてＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎで形成した基板１１０を光電気化学エッチングする。
【００３２】
基板１１０を光電気化学エッチング装置の治具２０４に固定し、さらに、電流引き出し線２１２と、電流引出し電極６０とを接続する。その後、ＵＶ光の光源である水銀ランプ２１６から、基板１１０に対して、ＵＶ光を照射するとともに、可変電圧源２１４から、基板１１０に対して正の電圧を印加する。ＵＶ光のエネルギーＥを第２のＩＩＩ族窒化物半導体のバンドギャップエネルギーＥ２より高く、かつ、第１のＩＩＩ族窒化物半導体のバンドギャップエネルギーＥ１よりも低く設定する。例えば、ＵＶ光の波長を、Ｅ２＜Ｅ＜Ｅ１を満たすエネルギーＥに対応する波長である、３４０ｎｍにする。
【００３３】
ＵＶ光のエネルギーＥがＥ２＜Ｅを満たすので、ＵＶ光の照射により、キャップ層１８を構成するＧａＮの価電子帯の電子が伝導帯に励起される。励起された電子は、電流引出し線２１２、可変電圧源２１４及び電流計２１０を経てカソード線２０８へと運ばれる。カソード線２０８はイオン化傾向が強い物質を用いているため、電子を受け取ることによってイオン化して、溶液中に溶け出す。また、被エッチング層の電子を失ったＧａＮは、以下の化学式により分解する。
【００３４】
２ＧａＮ＋６ｈ＋→２Ｇａ３＋＋Ｎ２
ここで、ｈ＋は、電子を失ったことによる正孔を意味する。上述した反応により、被エッチング層のＧａＮはエッチングされる。
【００３５】
一方、ＵＶ光のエネルギーＥがＥ＜Ｅ１を満たすので、キャリア供給層１６を構成するＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎの価電子帯の電子は、ＵＶ光が照射されても、伝導帯には励起されない。従って、キャリア供給層１６のＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎはエッチングされない。
【００３６】
このように、ＧａＮのバンドギャップエネルギーより高く、かつ、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎのバンドギャップエネルギーより低いエネルギーのＵＶ光を照射することにより、ＧａＮとＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎのうち、ＧａＮのみを選択的にエッチングすることができる。
【００３７】
なお、ここで説明した３４０ｎｍの波長のＵＶ光は、光源である水銀ランプ２１６から出力される広い波長域の光を、フィルタ２１８によって３４０ｎｍ付近の光のみを透過させることにより、得られる。フィルタ２１８は、任意好適な周知の紫外線フィルタを用いることができる。ここで、フィルタ２１８として、特定波長域付近の光のみを透過させるバンドパスフィルタを用いても良いし、特定波長域よりも短い波長の光を遮断するものを用いても良い。
【００３８】
フィルタ２１８の透過波長は、被エッチング層及びエッチストップ層のＩＩＩ族窒化物半導体の組成に応じて決めることができる。表１に、ＡｌＧａＮの組成に対する、バンドギャップエネルギー（ｅＶ）、バンドギャップ波長（ｎｍ）及び好適なフィルタ波長（ｎｍ）を示している（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４１（２００２）７３参照）。表１のフィルタ波長は、被エッチング層をＧａＮとしたときに、エッチストップ層としてＡｌＧａＮ又はＡｌＮのそれぞれを用いた場合のフィルタ波長を示している。なお、例えば、被エッチング層をＡｌ０．１２５Ｇａ０．８７５Ｎとして、エッチストップ層をＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎとした場合には、フィルタ波長は２９８ｎｍと３２９ｎｍの間の波長にすればよい。
【００３９】
【表１】
2007227450.tif 000003
【００４０】
同様に、表２にＩｎＧａＮの組成に対する、バンドギャップエネルギー（ｅＶ）、バンドギャップ波長（ｎｍ）及び好適なフィルタ波長（ｎｍ）を示している（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４０（２００１）３１５７参照）。表２のフィルタ波長は、被エッチング層をＩｎＧａＮとしたときに、エッチストップ層としてＧａＮを用いた場合のフィルタ波長を示している。
【００４１】
【表２】
2007227450.tif 000004
【００４２】
水銀ランプには、超高圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ及び低圧水銀ランプがある。図４を参照して、各水銀ランプの分光分布について説明する。図４（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれウシオ電機株式会社製の超高圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ及び低圧水銀ランプの出力光の分光分布を示す特性図である。図４（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、横軸に波長をとって示している。図４（Ａ）及び（Ｂ）は、縦軸に最大強度の波長の強度を１００％としたときの相対強度（％）を取って示し、図４（Ｃ）は、縦軸に、最大強度の波長における強度を１としたときの相対強度を取って示している。
【００４３】
表１に示すように、ＡｌＧａＮ及びＡｌＮのバンドギャップ波長は、３３０ｎｍよりも短い。ここで、超高圧水銀ランプを用いると、波長２８９ｎｍ、２９７ｎｍ、３０３ｎｍ及び３１３ｎｍのｊ線は、最大強度が得られる波長に対して６０％程度の強度しか得られない（図４（Ａ））。これに対し、高圧水銀ランプを用いると、波長が３００ｎｍ付近の光強度は、最大強度が得られる波長に対して約８０％に達している（図４（Ｂ））。また、低圧水銀ランプを用いると、波長が２５０ｎｍ付近の光強度が、最大強度になっている（図４（Ｃ））。
【００４４】
このように、高圧水銀ランプ又は低圧水銀ランプを用いると、特に、ともにバンドギャップ波長が短いＩＩＩ族窒化物半導体を選択エッチングするのに好適である。
【００４５】
この発明の光電気化学エッチング装置によれば、装置自体が安価であり、ランニングコストが低く、さらに、量産性に有利であるなどの利点を有する光電気化学エッチングによって、ＩＩＩ族窒化物半導体を選択エッチングできる。
【００４６】
（実施例）
図５〜７を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体基板を、光電気化学エッチングを用いて、選択エッチングを行った例について説明する。
【００４７】
ＩＩＩ族窒化物半導体基板として、キャップ層を厚さ６ｎｍのＧａＮ層、キャリア供給層を厚さ２５ｎｍのＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ層、及び、チャネル層を厚さ２μｍのＧａＮ層を備える基板を用いる。なお、以下の説明では、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５ＮをＡｌＧａＮと表すこともある。
【００４８】
エッチャントとして、濃度０．０１５ｍｏｌ／ｌの水酸化カリウム水溶液を用いる。可変電圧源の電圧を２Ｖに設定し、１５００Ｗの高圧水銀ランプを用いてエッチングを６０秒間行う。
【００４９】
図５（Ａ）及び（Ｂ）は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｒｃｒｏｓｃｏｐｅ）による表面画像を示す図である。図５（Ａ）は、フィルタを用いない場合の結果を示し、一方、図５（Ｂ）は、フィルタを用いた場合の結果を示している。図５（Ａ）及び（Ｂ）中で、符号Ｉで示す部分が、エッチングされた部分であり、その周囲が、エッチングマスクである。図５（Ａ）では、エッチングされた部分は、表面の状態が粗く、ＡｌＧａＮが露出している部分（図中、符号ＩＩで示す部分）とＧａＮが露出している部分（図中、符号ＩＩＩで示す部分）とが並存している。一方、図５（Ｂ）では、エッチングされた部分の表面は、平坦である。
【００５０】
図６（Ａ）及び（Ｂ）は、触診段差計を用いて測定された、段差計測定結果を示す図である。図６（Ａ）は、フィルタを用いない場合の結果を示し、一方、図６（Ｂ）は、フィルタを用いた場合の結果を示している。図６（Ａ）及び（Ｂ）は、横軸に、図５（Ａ）及び（Ｂ）の横方向の長さである操作長（μｍ）を取って示し、縦軸に、エッチングの深さ（ｎｍ）を取って示している。
【００５１】
図６（Ａ）中、一点破線（符号Ｉで示す。）は、初期状態、すなわち、エッチング処理を行う前の段差計測定結果を表している。図６（Ａ）中、点線（符号ＩＩで示す。）は、２０秒間のエッチングを行ったときの段差計測定結果を表している。図６（Ａ）中、実線（符号ＩＩＩで示す。）は、４０秒間のエッチングを行ったときの段差計測定結果を表している。図６（Ａ）の一点破線Ｉと点線ＩＩを比較すると、その差が６ｎｍ以上あるので、２０秒間のエッチングにより、厚さ６ｎｍの、被エッチング層であるキャップ層を貫通し、エッチストップ層であるキャリア供給層がエッチングされていることがわかる。また、図６（Ａ）の点線ＩＩと実線ＩＩＩを比較すると、さらに２０秒間のエッチング、すなわち、全体で４０秒間のエッチングを行うことにより、エッチストップ層が、さらに深くエッチングされていることが分かる。なお、図５（Ａ）は、６０秒間のエッチングの結果得られる表面画像であるので、図５（Ａ）に示されたＧａＮは、エッチストップ層が貫通されたことによって露出された、チャネル層１４のＧａＮである。
【００５２】
図６（Ｂ）中、一点破線（符号ＩＶで示す。）は、初期状態、すなわち、エッチング処理を行う前の段差計測定結果を表している。図６（Ｂ）中、点線（符号Ｖで示す。）は、３０秒間のエッチングを行ったときの段差計測定結果を表している。図６（Ｂ）中、実線（符号ＶＩで示す。）は、６０秒間のエッチングを行ったときの段差計測定結果を表している。３０秒間のエッチングにより、厚さ６ｎｍのＧａＮ層がほぼエッチングされていることがわかる。また、さらに３０秒間のエッチング、すなわち、全体で６０秒間のエッチングにより、エッチングの深さは変化しないので、ＡｌＧａＮ層が、エッチストップ層として、機能していることが分かる。  
【００５３】
図７（Ａ）は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｒｃｒｏｓｃｏｐｅ）による表面画像を示す図である。図７（Ａ）は、フィルタを用いて６０秒間エッチングした基板の表面を表している。なお、窒化シリコンのエッチングマスクは、フッ酸により除去してある。図７（Ｂ）は、図６（Ａ）及び（Ｂ）と同じく、触診段差計による断面計測の結果を示す図である。図７（Ｂ）は、横軸に、図７（Ａ）の横方向の長さ（μｍ）を取って示し、縦軸に、エッチングの深さ（ｎｍ）を取って示している。断面計測の結果、ＧａＮ層の表面から６ｎｍの深さでエッチングが止まっていることが示される。
【００５４】
また、図７（Ｂ）では、エッチング深さが２ｎｍ程度であるＧａＮに対応する部分に比べて、エッチング深さが−４ｎｍ程度であるＡｌＧａＮに対応する部分は、表面が粗くなっている。この表面の粗さは、ＧａＮのキャップ層が無い場合の、ＡｌＧａＮのキャリア供給層の表面と酷似している。従って、この点からも、ＧａＮのキャップ層がエッチングされて、ＡｌＧａＮのキャリア供給層が露出していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】ＩＩＩ族窒化物半導体基板を説明するための、概略的な断面図である。
【図２】光電気化学エッチング装置を模式的に示した概略構成図である。
【図３】選択エッチングのメカニズムを説明するための模式図である。
【図４】水銀ランプの分光分布を示す特性図である。
【図５】走査型電子顕微鏡による表面画像を示す図である。
【図６】段差計測定結果を示す図である。
【図７】原子間力顕微鏡による表面画像及び断面計測の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０    エピタキシャル基板
１１    下地基板
１２    緩衝層
１３    ヘテロ構造層
１４    チャネル層
１６    キャリア供給層
１８    キャップ層
２２    オーミック電極
３０    選択エッチング領域
３２    コンタクト領域
５０    エッチングマスク
６０    電流引出し電極
１１０    ＩＩＩ族窒化物半導体基板
２００    エッチング容器
２０２    エッチャント
２０４    治具
２０８    カソード線
２１０    電流計
２１２    電流引出し線
２１４    可変電圧源
２１６    水銀ランプ
２１８    フィルタ
【図１】
2007227450.tif 000005
【図２】
2007227450.tif 000006
【図３】
2007227450.tif 000007
【図４】
2007227450.tif 000008
【図６】
2007227450.tif 000009
【図５】
2007227450.tif 000010
【図７】
2007227450.tif 000011