(57)【要約】【課題】少なくとも表層が窒化ガリウムから成る被処理基板をドライエッチングする方法であって、平滑なエッチング面が得られ、且つ、良好な再現性をもってエッチングできるドライエッチング方法を提供する。【解決手段】本発明は、少なくとも表層が窒化ガリウムで構成された被処理基板を、塩素ガスをプラズマ状態に励起することによりエッチングする際に、前記塩化ガスから発生されたプラズマにより、アルミニウムラジカル及び塩化アルミニウムラジカルを発生する窒化アルミニウム（AlN）を含む物質を存在させた状態でエッチングすることを特徴とするドライエッチング方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表層が窒化ガリウムで構成された被処理基板を、塩素ガスをプラズマ状態に励起することによりエッチングするドライエッチング方法において、
前記塩素ガスプラズマ中に窒化アルミニウム（AlN）を含む物質を存在させてエッチングすることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
エッチング反応室内に配置される、前記被処理基板を搬送するためのトレーの構成部材の少なくとも一部に前記窒化アルミニウムを含む物質を用いてエッチングすることを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項３】
エッチング反応室の構成部材の少なくとも一部に窒化アルミニウムを含む物質を用いてエッチングすることを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項４】
前記被処理基板の表層にはアルミニウム及びインジウムの少なくとも一方がドープされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体のドライエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
III-V族化合物材料をウェットエッチングするには塩酸、硫酸、フッ酸又はこれらの混合液がよく用いられるが、窒化ガリウムはこれらの液にはほとんど溶解しない。従って、窒化ガリウムのエッチングはウェットエッチングではなくドライエッチングで行うのが一般的である。なかでも、反応性プラズマを用いたドライエッチングは、エッチングレートが高く、実用的であるため、盛んに研究・開発が行われている。
【０００３】
反応性プラズマを用いたドライエッチングでは反応ガスの組成がエッチングの速度や品質を決定する重要な要素となる。窒化ガリウム半導体のエッチングに利用可能な反応ガスとしては、CF4ガス、CCl2F2ガス、CCl4ガス、BCl3ガス、SiCl4/Cl2の混合ガス、Cl2/H2の混合ガス、BCl3/Arの混合ガス、BCl3/SiCl4の混合ガス、SiCl4ガス、SiCl4/SiF4の混合ガス等が報告されている。これら従来からドライエッチングに用いられている反応ガスの中には、エッチング残渣やエッチピットが発生しやすいため平滑なエッチング面が得られないものがある。一方、特許文献１によれば、SiCl4/Cl2の混合ガスを用いることにより上記問題が解決され、平滑なエッチング面が得られるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平08-017803号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、一般に塩素ガスのプラズマによって窒化ガリウム系化合物半導体のドライエッチングを行う際に、反応室内の真空引きが不十分な場合、残留酸素や残留水分または窒化ガリウムの結晶欠陥に起因するエッチング面の荒れやエッチピットが発生しやすい。これを防止するため、プラズマ処理前に反応室内を10-4〜10-3Paオーダーの高真空にする必要があった。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、少なくとも表層が窒化ガリウムから成る被処理基板をドライエッチングする方法であって、比較的低い真空度（高い圧力）でも平滑なエッチング面が得られるドライエッチング方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために成された本発明は、少なくとも表層が窒化ガリウムで構成された被処理基板を、塩素ガスをプラズマ状態に励起することによりエッチングするドライエッチング方法において、前記塩素ガスプラズマ中に窒化アルミニウム（AlN）を含む物質を存在させてエッチングすることを特徴とする。
【０００８】
この場合、エッチング反応室内に配置される、前記被処理基板を搬送するためのトレーの構成部材の少なくとも一部に窒化アルミニウムを含む物質を用いてエッチングしたり、エッチング反応室の構成部材の少なくとも一部に前記窒化アルミニウムを含む物質を用いてエッチングしたりすると良い。
【０００９】
また、前記被処理基板の表層にはアルミニウム及びインジウムの少なくとも一方がドープされていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明者らは、塩素ガスプラズマを生成して窒化ガリウム系化合物半導体のドライエッチングを行うに際し、アルミニウムラジカル、塩化アルミニウムラジカルが存在することにより、窒化ガリウムのエッチング面が平坦化され、低い真空度（高い圧力）下でも、荒れ、残渣、エッチピット等のない平滑なエッチング面が得られることを見出した。
そこで、本発明者らは、塩素ガスプラズマ中に窒化アルミニウムを含む物質を存在させれば、塩素ガスプラズマによって該物質がエッチングされてアルミニウム（Al）が飛び出し、このアルミニウムがラジカル（例えば塩素ラジカル）と結合してアルミニウムラジカルや塩化アルミニウムラジカルが生成することを利用することで、本発明に至ったものである。
【００１１】
このように本発明によれば、少なくとも表層が窒化ガリウムで構成された被処理基板を、塩素ガスをプラズマ状態に励起することによりエッチングする際に、塩素ガスプラズマ中に窒化アルミニウムを含む物質を存在させることで、低い真空度（高い圧力）下でも、効率的にエッチングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のドライエッチング方法を実施するために用いたドライエッチング装置の例を示す概略構成図。
【図２】本発明のドライエッチング方法を実施するために用いた素子基板の断面構成を概略的に示す図。
【図３】実施例の処理により得られたエッチング面のSEM画像を示し、（ａ）は斜め４５°上方から見たSEM画像、（ｂ）は真上から見たSEM画像。
【図４】比較例の処理により得られたエッチング面を斜め４５°上方から見たSEM画像。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のドライエッチング方法によりエッチングされる被処理基板は、少なくとも表層が窒化ガリウム層（GaN層）から成る窒化ガリウム系化合物半導体基板である。この場合、表層のGaN層には、アルミニウム（Al）やインジウム（In）がドープされていても良い。また、前記被処理基板の窒化ガリウム系化合物半導体構造は単一層構造であっても、多層構造であっても良い。多層構造の場合、全層が窒化ガリウム系化合物半導体で構成されていても良いが、少なくとも表層が窒化ガリウム系化合物半導体で構成されていれば良い。本発明においては、被処理基板の窒化ガリウム系半導体構造が単一層構造、多層構造のいずれでも良好にエッチングすることができる。
【００１４】
このような被処理基板として、例えばサファイア基板の上にGaNバッファ層、n型GaN層、n型GaAlN層、InGaN層、p型GaAlN層、p型GaN層が順次積層されたダブルへテロ構造を有する半導体基板が挙げられる。このような構造の窒化ガリウム系半導体基板は青色LEDの発光体チップとして実用化されている。
【００１５】
以下、本発明のドライエッチング方法について具体的に説明する。
図１は、本発明のドライエッチング方法を実施するために用いられるドライエッチング装置の一例を示す概略構成図である。この装置は誘導結合型（ICP）であり、密閉されたエッチング反応室（以下、単に「反応室」という）１１の中には平板状の下部電極１２が、反応室１１の上部（外部）には石英板１４を介して励起コイル１５がそれぞれ設けられている。励起コイル１５は立体渦巻形（インバーテッド・トルネード形）のコイルであり、コイル中央から高周波電力を供給し、コイル外周の末端が接地されている。エッチング対象の素子基板２０は搬送用トレー１６を介して下部電極１２に載置されている。また、下部電極１２は高周波電源１３に接続されている。下部電極１２には素子基板２０を冷却するための冷却機構が内蔵されており、冷却制御部１７によって制御される。
【実施例】
【００１６】
上記装置を用いて、本発明に係るドライエッチング方法でエッチングする実験を行った。図２にこの実験に用いた素子基板２０の断面構成を概略的に示す。この素子基板２０は、サファイア基板２１の上にn型GaN層２２（厚さ5.0μm）、多重量子井戸構造（MQW）を有するGaN活性層２３（厚さ0.1μm）、p型GaN層２４（厚さ0.2〜0.3μm）、SiO2から成るマスク層２５を積層して成る。なお、図２では、マスク層２５が有するエッチング窓の図示を省略している。
【００１７】
上記装置を用いて次のように実験を行った。まず、反応室１１の下部電極１２の上に窒化アルミニウム（AlN）製の搬送用トレー１６を載置し、その上に素子基板２０を載置する。そして、反応室１１内の空気を排出して、反応室内の圧力を2×10-3Paとした。その後、反応室１１にCl2ガス及びArガスをそれぞれ5sccm及び3sccmの流量で供給し、反応室１１内のガス圧力を0.3Paとした。そして、励起コイル１５及び下部電極１２に高周波電力（励起コイル１５／下部電極１２＝120/100(W)）を１０分間供給することにより、反応ガスのプラズマ１８を生成させた。このプラズマ１８によりエッチングを行った結果、p型GaN層２４及びマスク層２５についてそれぞれ 86.0 nm/分のエッチング速度でエッチングされた。また、p型GaN層２４とマスク層２５の選択比（p型GaN層/マスク層）は1.0であった。１０分間のエッチングによりp型GaN層２４の表面から0.86μｍの深さまでエッチングが進行し、エッチング底面はn型GaN層２２の途中まで達した。
【００１８】
上記のようにしてエッチングを行った後、素子基板２０を反応室１１から取り出し、エッチング面を走査型電子顕微鏡（SEM）で観察した。図３に斜め４５°上方から見たエッチング面のSEM画像（ａ）、真上からみたエッチング面のSEM画像（ｂ）を示す。これらの画像を見ると、p型GaN層２４、GaN活性層２３及びn型GaN層２２のエッチング面の壁面はほぼ垂直になっており、高い異方性でエッチングが進行したことがわかる。また、n型GaN層２２のエッチング底面では荒れ、残渣、エッチピット等が全く見られない極めて平滑なエッチング面が得られた。
【００１９】
（比較例１）
AlN製の搬送用トレー１６の代わりにアルミナ（Al2O3）製の搬送用トレーを使用し、反応ガスとしてCl2ガス及びArガスをそれぞれ5sccm及び3sccmの流量で供給した以外は、実施例と同様にしてエッチングを行った。その結果、p型GaN層２４について 111.0 nm/分のエッチング速度が得られ、p型GaN層２４とマスク層２５の選択比（p型GaN層/マスク層）は0.68であった。このとき、反応室１１から取り出した素子基板２０エッチング面のSEM画像を図４に示す。図４は斜め４５°上方から見たエッチング面のSEM画像である。これらの画像を見ると、n型GaNのエッチング底面には多数のピラー（柱状物）が発生していた。
【００２０】
なお、上記実施例ではICPによるドライエッチングを行ったが、RIE等、他のドライエッチングの方法でも本発明を実施することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１０…プラズマエッチング装置
１１…反応室
１２…下部電極（支持台）
１５…励起コイル
１８…プラズマ
２０…素子基板
２１…サファイア基板
２２…n型GaN層
２３…GaN活性層（多重量子井戸構造）
２４…p型GaN層
２５…SiO2マスク層
【図１】
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【図２】
2012054509.tif 000004
【図３】
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【図４】
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