(57)【要約】【課題】化合物半導体表面にプラズマプロセスによるダメージを与えることなく、化合物半導体と金属電極との接触抵抗を低減し、両者の接触部におけるオーミック特性を改善することができる化合物半導体デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】塩素ガスとハロゲンガスとから成ると共にこの塩素ガスを標準状態で０．０５〜１０．０％の体積の割合で含む混合ガスにより、プラズマを生成する。そして、ｎ型ＧａＮ層１０３を、このｎ型ＧａＮ層１０３に含まれる元素の塩化物の沸点以上の温度に加熱すると共に、上記プラズマ中のラジカルを、上記ｎ型ＧａＮ層１０３における金属電極１０４と接する表面に接触させて、このｎ型ＧａＮ層１０３の表面を加工する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩素ガスとハロゲンガスとから成ると共にこの塩素ガスを標準状態で０．０５〜１０．０％の体積の割合で含む混合ガスにより、大気圧または大気圧近傍の圧力下で、プラズマを生成する工程と、
化合物半導体を、この化合物半導体に含まれる元素の塩化物の沸点以上の温度に加熱すると共に、上記プラズマ中のラジカルを、上記化合物半導体における金属電極と接する表面に接触させて、この化合物半導体の表面を加工する工程と
を備えることを特徴とする化合物半導体デバイスの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の化合物半導体デバイスの製造方法において、
上記プラズマを生成する工程において、上記混合ガスに対する上記塩素ガスの体積の割合は、標準状態で、０．１〜１．５％であることを特徴とする化合物半導体デバイスの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の化合物半導体デバイスの製造方法において、
上記化合物半導体の表面を加工する工程において、上記化合物半導体の上記表面に対向してこの化合物半導体の表面との間にプラズマを生成するプラズマ生成用電極を、上記化合物半導体の上記表面に対して平行方向に相対的に移動させながら、上記プラズマ中のラジカルを、上記化合物半導体の上記表面に接触させることを特徴とする化合物半導体デバイスの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の化合物半導体デバイスの製造方法において、
上記プラズマ生成用電極と上記化合物半導体の上記表面との間の距離は、略一定に保たれていることを特徴とする化合物半導体デバイスの製造方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一つに記載の化合物半導体デバイスの製造方法において、
上記化合物半導体の上記表面に対向してこの化合物半導体の表面との間にプラズマを生成するプラズマ生成用電極は、上記化合物半導体の上記表面に対して直交する軸を有し、
上記化合物半導体の表面を加工する工程において、上記プラズマ生成用電極を、この軸を中心として回転させながら、上記プラズマ中のラジカルを、上記化合物半導体の上記表面に接触させることを特徴とする化合物半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一つに記載の化合物半導体デバイスの製造方法により製造されたことを特徴とする化合物半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、化合物半導体デバイスおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧaＮ、ＡlＮ、ＩnＮ系III族窒化物半導体は、１.９ｅＶから６.２ｅＶまで広域のバンドギャップを持つため、紫外域から可視光全域をカバーする発光ダイオードやレーザダイオード等の発光素子材料として有望な半導体である。また、これらのIII族窒化物半導体はウルツ鉱型という安定な結晶構造を有し、熱伝導率も比較的高いという特徴から、通常の半導体デバイスに比較し、高温等の過酷な環境下での動作が可能であるため、トランジスタ等の電子デバイスへの応用も期待されている。
【０００３】
このようなIII族窒化物半導体を含む化合物半導体のデバイスを作製する際、電極接触部分を形成するために、塩素系のガスを使ったプラズマエッチングが用いられる。従来の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造手順を、図５を用いて説明する。図５は半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【０００４】
まず、サファイア基板１１１上に、バッファ層１１２、ｎ型ＧａＮコンタクト層１１３、窒化物半導体層１１４、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１５が積層される。次に、部分的にｎ型ＧａＮコンタクト層１１３が露出するまでエッチングを行う。露出したｎ型ＧａＮコンタクト層１１３表面にｎ型電極１１６を、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１５上に、ｐ型電極１１７を形成する。
【０００５】
ここで、ｎ型ＧａＮコンタクト層１１３を露出させる際に、低圧下で生成したプラズマを利用したドライエッチングを行う。ドライエッチング法としては、ＲＩＥ(Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング)が一般的である。ＲＩＥは低圧下で塩素(Ｃｌ２)等によるプラズマを発生させ、試料表面側に負のバイアスを印加することによりプラズマ中のイオンを加速し、試料表面に作用させる加工法である。この方法では高速加工および平坦化が可能であるが、イオンの衝突という物理的作用を利用しているため、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)と同様、加工後の試料表面には、結晶学的にはダメージ層が形成される。また、反応生成物などの不純物の付着が起きることもあり、金属電極とコンタクト層との接触抵抗が未だ大きいという課題があった。
【０００６】
金属電極とコンタクト層との接触抵抗を改善する技術として、特許第３６３００６８号号公報（特許文献１）に、アンモニアガスによるプラズマで表面を処理する技術が公開されている。また、特許第３６１０３９７号公報（特許文献２）、および、特開２００２−２６１３２６号公報（特許文献３）では、不活性ガスプラズマで表面処理を行う技術が公開されている。
【特許文献１】特許第３６３００６８号公報
【特許文献２】特許第３６１０３９７号公報
【特許文献３】特開２００２−２６１３２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許第３６３００６８号公報（特許文献１）におけるアンモニアガスプラズマによる表面処理では、化合物半導体層表面の付着物を除去するという清浄化の効果しか得ることができない。
【０００８】
また、特許第３６１０３９７号公報（特許文献２）および特開２００２−２６１３２６号公報（特許文献３）の技術では、低圧下で生成したプラズマを利用していることから、基板表面にイオンの衝突による物理的なダメージが形成されていると考えられる。また、特許第３６１０３９７号公報（特許文献２）も特許第３６３００６８号公報（特許文献１）と同様に、表面の清浄化の効果しか述べられていない。
【０００９】
そこで、この発明の課題は、化合物半導体表面にプラズマプロセスによるダメージを与えることなく、化合物半導体と金属電極との接触抵抗を低減し、両者の接触部におけるオーミック特性を改善することができる化合物半導体デバイスの製造方法、および、化合物半導体デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、この発明の化合物半導体デバイスの製造方法は、
塩素ガスとハロゲンガスとから成ると共にこの塩素ガスを標準状態で０．０５〜１０．０％の体積の割合で含む混合ガスにより、大気圧または大気圧近傍の圧力下で、プラズマを生成する工程と、
化合物半導体を、この化合物半導体に含まれる元素の塩化物の沸点以上の温度に加熱すると共に、上記プラズマ中のラジカルを、上記化合物半導体における金属電極と接する表面に接触させて、この化合物半導体の表面を加工する工程と
を備えることを特徴としている。
【００１１】
ここで、この明細書では、化合物半導体とは、例えば、ＧaＮ、ＡlＮ、ＩnＮ系III族窒化物半導体をいう。化合物半導体デバイスとは、例えば、発光ダイオード、レーザダイオード等の発光素子や、パワーデバイス等の半導体素子をいう。
【００１２】
この発明の化合物半導体デバイスの製造方法によれば、上記プラズマを生成する工程と、上記化合物半導体の表面を加工する工程とを備えるので、大気圧または大気圧近傍の圧力下の塩素含有ガス雰囲気中でプラズマを生成し、このプラズマ中の中性ラジカル（塩素活性種）を化合物半導体の表面の原子に作用させて、この化合物半導体の表面にできた塩化物が気化することにより、化合物半導体の表面が加工される。
【００１３】
このとき、大気圧または大気圧近傍の圧力下の塩素含有ガス雰囲気中で生成するプラズマを利用するため、低圧下におけるプラズマプロセスと比較して化合物半導体の加工に寄与する中性ラジカルの絶対数が多く、中性ラジカルと化合物半導体の構成原子との化学反応を増加させることができる。すなわち、化合物半導体の加工速度を向上させることができる。
【００１４】
また、大気圧または大気圧近傍の圧力下の塩素含有ガス雰囲気中には多数の原子や分子等が存在するため、大気圧プラズマ中のイオンは化合物半導体の表面に到達する前に何らかの原子や分子と衝突し、平均自由行程は０．１μｍ程度となる。よって、大気圧プラズマ中のイオンがプラズマプロセスを行う際に、化合物半導体の表面にダメージを与えることがない。すなわち、結晶学的に乱れのない表面を得ることができ、化合物半導体と金属電極との接触抵抗を低減することができる。
【００１５】
また、上記化合物半導体に含まれる元素の塩化物の沸点以上に化合物半導体を加熱することによって、生成した塩化物が十分に気化され、化合物半導体の表面に残存せず、清浄度及び精度の高い加工が可能となる。
【００１６】
さらに、塩素ガスを０．０５％〜１０．０％の体積の割合で含んだ、塩素ガスとハロゲンガスとの混合ガスにより生成したプラズマ中のラジカルを利用して、化合物半導体表面を加工することで、加工レートの極端な低下を防止すると共に、プラズマ放電開始時に印加する高周波電圧を高くする必要がない。これに対して、塩素ガスの濃度が０．０５％以下では、加工レートが極端に低下し、化合物半導体基板の加工がほとんど進行しない。一方、塩素ガスの濃度が１０．０％以上では、プラズマ放電開始時に印加する高周波電圧を高くする必要があり、プラズマの生成が非常に困難になる。
【００１７】
また、半導体プロセスにおいて低圧雰囲気を形成するために必要とされるような強度を有する反応容器や強力な排気システム等が必要でなくなり、装置コストを低減できるので、最終製品のコストダウンを図ることもできる。
【００１８】
したがって、化合物半導体表面にプラズマプロセスによるダメージを与えることなく、化合物半導体表面に存在するダメージ層を除去することができて、化合物半導体と金属電極との接触抵抗を低減し、両者の接触部におけるオーミック特性を改善することができる。
【００１９】
また、一実施形態の化合物半導体デバイスの製造方法では、上記プラズマを生成する工程において、上記混合ガスに対する上記塩素ガスの体積の割合は、標準状態で、０．１〜１．５％である。
【００２０】
この実施形態の化合物半導体デバイスの製造方法によれば、上記プラズマを生成する工程において、上記混合ガスに対する上記塩素ガスの体積の割合は、標準状態で、０．１〜１．５％であるので、塩素ガスを０．１〜１．５％の体積の割合で含んだ、塩素ガスとハロゲンガスとの混合ガスにより生成したプラズマ中のラジカルを利用して、化合物半導体表面を加工することにより、化合物半導体表面に数十ｎｍオーダーの微細な凹凸が形成され、これにより金属電極との接触面積が増大し、接触抵抗を低減できる。
【００２１】
したがって、化合物半導体表面のダメージを除去すると同時に、化合物半導体表面の微細な凹凸により化合物半導体と金属電極との接触面積を増大することができて、化合物半導体と金属電極との接触抵抗を低減し、両者の接触部におけるオーミック特性を一層改善することができる。
【００２２】
また、一実施形態の化合物半導体デバイスの製造方法では、上記化合物半導体の表面を加工する工程において、上記化合物半導体の上記表面に対向してこの化合物半導体の表面との間にプラズマを生成するプラズマ生成用電極を、上記化合物半導体の上記表面に対して平行方向に相対的に移動させながら、上記プラズマ中のラジカルを、上記化合物半導体の上記表面に接触させる。
【００２３】
この実施形態の化合物半導体デバイスの製造方法によれば、上記化合物半導体の表面を加工する工程において、上記プラズマ生成用電極を、上記化合物半導体の上記表面に対して平行方向に相対的に移動させながら、上記プラズマ中のラジカルを、上記化合物半導体の上記表面に接触させるので、化合物半導体の表面が大きい場合でも化合物半導体の表面全体を加工することができる。
【００２４】
また、一実施形態の化合物半導体デバイスの製造方法では、上記プラズマ生成用電極と上記化合物半導体の上記表面との間の距離は、略一定に保たれている。
【００２５】
この実施形態の化合物半導体デバイスの製造方法によれば、上記プラズマ生成用電極と上記化合物半導体の上記表面との間の距離は、略一定に保たれているので、上記化合物半導体の上記表面の加工ばらつきを低減することができる。
【００２６】
また、一実施形態の化合物半導体デバイスの製造方法では、
上記化合物半導体の上記表面に対向してこの化合物半導体の表面との間にプラズマを生成するプラズマ生成用電極は、上記化合物半導体の上記表面に対して直交する軸を有し、  上記化合物半導体の表面を加工する工程において、上記プラズマ生成用電極を、この軸を中心として回転させながら、上記プラズマ中のラジカルを、上記化合物半導体の上記表面に接触させる。
【００２７】
この実施形態の化合物半導体デバイスの製造方法によれば、上記化合物半導体の表面を加工する工程において、上記プラズマ生成用電極を、この軸を中心として回転させながら、上記プラズマ中のラジカルを、上記化合物半導体の上記表面に接触させるので、上記プラズマ生成用電極の形状や、上記プラズマ生成用電極における上記化合物半導体表面との距離が、上記プラズマ生成用電極の軸に対して、対称性がない場合においても、上記プラズマ生成用電極を回転させることで、対称性と再現性の高い加工状態を得ることができる。
【００２８】
また、この発明の化合物半導体デバイスは、上記化合物半導体デバイスの製造方法により製造されたことを特徴としている。
【００２９】
この発明の化合物半導体デバイスによれば、上記化合物半導体デバイスの製造方法により製造されているので、オーミック特性の良好な化合物半導体デバイスを実現できる。
【発明の効果】
【００３０】
この発明の化合物半導体デバイスの製造方法によれば、上記プラズマを生成する工程と、上記化合物半導体の表面を加工する工程とを備えているので、化合物半導体表面にプラズマプロセスによるダメージを与えることなく、化合物半導体と金属電極との接触抵抗を低減し、両者の接触部におけるオーミック特性を改善することができる。
【００３１】
この発明の化合物半導体デバイスによれば、上記化合物半導体デバイスの製造方法により製造されているので、オーミック特性の良好な化合物半導体デバイスを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３３】
図１は、この発明の化合物半導体デバイスの製造方法に用いられる大気圧プラズマプロセス装置の模式的な構成図を示している。この大気圧プラズマプロセス装置は、処理室の一例としてのチャンバ１を有する。このチャンバ１内には、プラズマ生成用電極２が配置されている。この電極２には、電力供給部材３の一端が接続され、この電力供給部材３の他端は、チャンバ１の上側に突出する。この電力供給部材３の一端には、整合器４の一端が接続され、この整合器４の他端には、高周波電力供給部の一例としての高周波電源５が接続されている。
【００３４】
上記チャンバ１内かつ上記電極２の下側に、加熱部の一例としての基板ヒータ７が配置されている。上記基板ヒータ７は、ＸＹステージ８の上側に取り付けられている。上記基板ヒータ７上には、化合物半導体を含む被処理体６が載置されている。
【００３５】
上記電力供給部材３と上記チャンバ１とに、ベローズ９が取り付けられ、このベローズ９にて、上記チャンバ１内を密封している。上記電極２および上記電力供給部材３は、昇降機構１０により、上下に移動される。
【００３６】
上記チャンバ１の上側には、プロセスガスのガス供給部１１が、設けられている。このガス供給部１１には、流量制御装置１２の一端が接続されている。上記流量制御装置１２の他端には、ガスボンベ１３が接続されている。上記チャンバ１の下側には、排気ポンプ１４が設けられている。
【００３７】
上記高周波電源５から出力された高周波電力は、上記整合器４および上記電力供給部材３を介して、上記チャンバ１内の上記電極２に供給される。上記電極２は、炭素材料からなる電極であり、先端が０．３ｍｍφ以下の半球状の鋭利な形状となっている。
【００３８】
プロセスガスは、上記ガスボンベ１３から上記流量制御装置１２および上記ガス供給部１１を介して、上記チャンバ１内に供給される。ここで、プロセスガスとは、プラズマの生成や維持を促進するヘリウムやアルゴン等の希ガスや、実際にエッチングなどの加工に寄与する塩素ガスなどのことを示す。
【００３９】
上記基板ヒータ７および上記ＸＹステージ８は、金属材料からなり、それぞれ、接地されている。上記高周波電源５から上記整合器４および上記電力供給部材３を介して、上記電極２に高周波電圧を印加することにより、上記電極２と上記被処理体６との間の空間に電界が形成され、上記電極２と上記被処理体６との間で上記ガス供給部１１から供給されたプロセスガスを励起してプラズマ１５を生成する。
【００４０】
上記被処理体６は、図示しない搬送部により上記基板ヒータ７上に載置され、上記プラズマ１５内で生成されたラジカルなどの反応種により加工される。このとき、被処理体６の温度が、使用するハロゲンガスと被処理体６との化合物の沸点以上となるように基板ヒータ７により加熱しておく。そして、加工に使用されたガスや余剰のガスは、上記排気ポンプ１４により、装置外に排気される。
【００４１】
使用するハロゲンガスと被処理体６との化合物の沸点以上の温度となるように、被処理体６を加熱することによって、生成したハロゲンガスと基板材料との化合物が十分に気化されて、被処理体６の表面に残存せず、精度の高い加工が可能となる。
【００４２】
このように構成されたプラズマプロセス装置において、プラズマプロセスを以下のようにして行う。なお、この実施形態では、ハロゲンガスとして塩素ガスを用い、被処理体として、化合物半導体の一例である窒化ガリウム基板を用い、窒化ガリウム基板表面をエッチング加工する処理を例として説明する。
【００４３】
まず、被処理体６が基板ヒータ７の所定の位置に載置された後、チャンバ１内が排気ポンプ１４により真空排気される。一度、チャンバ１内を真空排気することにより、加工処理を行うときのチャンバ１内の状況の再現性を向上させることができ、プラズマプロセスを安定して行うことができる。
【００４４】
次に、プロセスガスの供給を行う。ガスボンベ１３から供給されたプロセスガスは、流量制御装置１２により所定の混合比に設定された状態で、ガス供給部１１によりチャンバ１内に大気圧または大気圧近傍の圧力まで導入される。
【００４５】
所定の圧力までプロセスガスが供給された後、被処理体６の表面と電極２との間隔が、所定の値になるまで、昇降機構１０により電極２および電力供給部材３を下降させる。なお、昇降機構１０は、チャンバ１外に設置され、ベローズ９を介して電極２の上部に接続されている。
【００４６】
被処理体６表面と電極２との間隔を設定した後、高周波電源５より整合器４および電力供給部材３を介して、高周波電力を電極２に供給する。それにより、電極２と被処理体６との間に電界が形成され、供給されたプラズマプロセスガスを励起し、プラズマ１５を生成する。プラズマ１５が生成したのち、被処理体６表面と電極２との距離を略一定に保ちつつ、ＸＹステージ８を被処理体６表面に対して水平方向に駆動し、被処理体６全面に対して処理が行われる。
【００４７】
次に、上述のプラズマ装置およびプラズマプロセスを用いて、ｎ型窒化ガリウム層の表面に対し大気圧プラズマ処理を行い、窒化物半導体と金属電極とのオーミック特性について検討した。
【００４８】
図２は、上記製造方法によって製造される化合物半導体デバイスとしての半導体素子１００を示す構成図である。この半導体素子１００は、サファイア基板１０１の（０００１）面上に、有機金属ＣＶＤ法（ＭＯ−ＣＶＤ法）などにより、膜厚２０ｎｍの低温成長ＡｌＮバッファ層１０２、膜厚１μｍのｎ型ＧａＮ層１０３が順次積層され、その後、ｎ型ＧａＮ層１０３上に金属電極１０４を形成し、作成される。
【００４９】
この実施形態では、金属電極１０４を形成する直前に、ｎ型ＧａＮ層１０３表面に対し、大気圧プラズマを接触させる。この実施形態で使用する装置の電極２は、炭素材料からなる電極であり、先端が０．３ｍｍφ以下の半球状となった鋭利な形状となっている。図１に示すように天地方向を軸として回転する構造となっている。このように電極を回転させることにより、電極形状が完全な対称形でない場合においても、加工形状の対称性を向上することができる。また、電極周辺のガスの流れを常に同じ状態に再現することができ、プロセスの安定性を向上することができる。
【００５０】
基板ヒータ７およびＸＹステージ８は、金属材料から成り、接地された状態になっている。電極２とＸＹステージ８との間に高周波電圧を印加することにより、両者の間の空間に電界が形成され、チャンバ１内に供給されているプロセスガスを励起し、プラズマ１５を生成する。被処理体である半導体素子１００はプラズマ１５内で生成されたラジカルなどの反応種により加工される。
【００５１】
このように構成された装置において、供給する高周波の周波数を１５０ＭＨｚ、投入電力を２０Ｗ、被処理体であるｎ型ＧａＮ層１０３表面と上記のグラファイト電極の先端との間隔を０．５mmと設定し、Ｈｅ＝９９%、Ｃｌ２＝１％の条件下でプラズマ１５を生成した。基板温度は、Ｇａと塩素の化合物であるＧａＣｌ３の沸点以上となる２３０℃と設定した。生成されたプラズマに対して、ｎ型ＧａＮ層１０３が露出した状態の半導体素子１００を水平面上に相対的に移動させてプロセスを行った。ＸＹステージ８の搬送スピードは、５０ｍｍ／ｍｉｎ、搬送回数を２回と設定した。
【００５２】
上記のプラズマ処理をｎ型ＧａＮ層１０３表面に対し行った後、金属電極１０４を形成し、ｎ型ＧａＮ層のＩ−Ｖ特性を測定した。図３に示すように、プラズマ処理を行っていない半導体素子では若干オーミック特性から外れていたのに対し、プラズマ処理を行った半導体素子では、良好なオーミック特性を得ることができた。
【００５３】
これは、大気圧または大気圧近傍の圧力下でプラズマを生成し、ｎ型ＧａＮ層１０３表面に対するプラズマ中のイオンの物理的な衝突を起こすことなく、低圧プラズマプロセスにより形成された加工ダメージ層が除去されたためと考えられる。
【００５４】
また、エネルギー分散型Ｘ線分析装置(ＥＤＡＸ：Energy Dispersive Analysis of X-ray)により表面の組成分析を行った結果、酸素や反応生成物に含まれる塩素が検知されなかったことから、ガリウムの自然酸化膜や反応生成物も除去されていることが確認された。
【００５５】
また、大気圧プラズマプロセス処理を行った表面を、位相シフト干渉顕微鏡により形状測定を行ったところ、数十ｎｍ〜２００ｎｍ程度の微細な凹凸が形成されていることが確認された。これは、転位と呼ばれる結晶構造に乱れのある状態が、窒化物半導体層内に集中して形成される部分があり、その部分が優先的にエッチングされたために生じる。
【００５６】
この転位の集中した部分が優先的にエッチングされる状況は、図４中の範囲Ａに示すプラズマプロセス条件の範囲で顕著に確認された。特に、塩素濃度が１．５％以下の場合は、電力密度に依存することなく表面に形成される凹凸の密度が、高くなることが確認された。これは、結晶構造に乱れがある部分と乱れのない部分で、エッチングの状態（加工レート）に差が生じたためである。一方、塩素濃度が１．５％以上の場合は、電力密度によっては表面に形成される凹凸の密度が低下することがあった。これは、塩素濃度が高くかつ電力密度が高い場合はエッチングレートが高くなり、結晶構造に乱れがある部分とない部分との加工レートの差が小さくなり、一様に加工されたためと考えられる。
【００５７】
これに対して、塩素ガスの濃度が０．０５％以下では、加工レートが極端に低下し、化合物半導体基板の加工がほとんど進行しない。また、塩素ガスの濃度が１０．０％以上では、プラズマ放電開始時に印加する高周波電圧を高くする必要があり、プラズマの生成が非常に困難になる。また、電力密度については、投入する高周波の電力を高くするとプラズマの体積も増大するので、投入電力と電力密度は比例関係で大きくならなかった。通常使用すると考えられる範囲として、図４に示す範囲のみで電力密度の検討を行った。
【００５８】
なお、この実施形態では、窒化ガリウム系半導体層を被処理体の例としたが、ＧａＡｓなどのその他の化合物半導体においても同様に、表面に凹凸が形成される事象は起きる。これは、表面に凹凸が形成される原因が、転位などの結晶構造的に乱れのある部分が存在するためであり、その他の化合物半導体においても絶対数に差はあっても、転位は必ず存在するためである。
【００５９】
上記のプラズマプロセス条件でプロセスを行うことにより、ｎ型ＧａＮ層１０３表面に微小な凹凸を形成することができ、それにより金属電極との接触面積を増加させることができる。
【００６０】
以上に示す複数の効果により、ｎ型ＧａＮ層１０３と金属電極１０４との接触部におけるオーミック特性を改善することができた。
【００６１】
次に、本発明のプラズマプロセスを、化合物半導体デバイスとしての半導体レーザ素子の製造工程において適用した場合について図５を参照して説明する。図５は、半導体レーザ素子の構成を示す構成図である。
【００６２】
背景技術で説明したように、ｎ型ＧａＮコンタクト層１１３を露出させる際に、低圧下で生成したプラズマを利用したドライエッチングを行う。この際、イオンの衝突という物理的作用を利用するため、ｎ型ＧａＮコンタクト層１１３表面には結晶学的にダメージ層が形成される。
【００６３】
本発明のプラズマプロセスを低圧ドライエッチング後のｎ型ＧａＮコンタクト層１１３表面に対して適用することにより、新たなダメージを与えることなくｎ型ＧａＮコンタクト層１１３表面近傍に形成されているダメージ部分を除去するとともに、表面に形成される自然酸化膜や付着物を除去し、コンタクト層と金属電極との接触部におけるオーミック特性を改善できる。
【００６４】
以上まとめると、この発明の化合物半導体デバイスの製造方法は、
塩素ガスとハロゲンガスとから成ると共にこの塩素ガスを標準状態で０．０５〜１０．０％の体積の割合で含む混合ガスにより、大気圧または大気圧近傍の圧力下で、プラズマ（プラズマ１５）を生成する工程と、
化合物半導体（ｎ型ＧａＮ層１０３、ｎ型ＧａＮコンタクト層１１３、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１５）を、この化合物半導体に含まれる元素の塩化物の沸点以上の温度に加熱すると共に、上記プラズマ中のラジカルを、上記化合物半導体における金属電極（金属電極１０４、ｎ型電極１１６、ｐ型電極１１７）と接する表面に接触させて、この化合物半導体の表面を加工する工程と
を備える。
【００６５】
ここで、化合物半導体とは、例えば、ＧaＮ、ＡlＮ、ＩnＮ系III族窒化物半導体をいう。化合物半導体デバイスとは、例えば、発光ダイオード、レーザダイオード等の発光素子や、パワーデバイス等の半導体素子をいう。
【００６６】
この発明の化合物半導体デバイスの製造方法によれば、上記プラズマを生成する工程と、上記化合物半導体の表面を加工する工程とを備えるので、大気圧または大気圧近傍の圧力下の塩素含有ガス雰囲気中でプラズマを生成し、このプラズマ中の中性ラジカル（塩素活性種）を化合物半導体の表面の原子に作用させて、この化合物半導体の表面にできた塩化物が気化することにより、化合物半導体の表面が加工される。
【００６７】
このとき、大気圧または大気圧近傍の圧力下の塩素含有ガス雰囲気中で生成するプラズマを利用するため、低圧下におけるプラズマプロセスと比較して化合物半導体の加工に寄与する中性ラジカルの絶対数が多く、中性ラジカルと化合物半導体の構成原子との化学反応を増加させることができる。すなわち、化合物半導体の加工速度を向上させることができる。
【００６８】
また、大気圧または大気圧近傍の圧力下の塩素含有ガス雰囲気中には多数の原子や分子等が存在するため、大気圧プラズマ中のイオンは化合物半導体の表面に到達する前に何らかの原子や分子と衝突し、平均自由行程は０．１μｍ程度となる。よって、大気圧プラズマ中のイオンがプラズマプロセスを行う際に、化合物半導体の表面にダメージを与えることがない。すなわち、結晶学的に乱れのない表面を得ることができ、化合物半導体と金属電極との接触抵抗を低減することができる。
【００６９】
なお、本実施の形態では、図１に示すように、被処理体６表面にプラズマ１５が直接接触している状態で加工を行う方法を用いて説明しているが、必ずしもこの方法に限らなくとも良い。プラズマ中のラジカルが被処理体６表面に接触すると加工が進むので、被処理体６表面から離れた位置でプラズマを生成し、ガスの流れでラジカルのみ被処理体６表面に接触させて加工を行っても良い。
【００７０】
また、上記化合物半導体に含まれる元素の塩化物の沸点以上に化合物半導体を加熱することによって、生成した塩化物が十分に気化され、化合物半導体の表面に残存せず、清浄度及び精度の高い加工が可能となる。
【００７１】
さらに、塩素ガスを０．０５％〜１０．０％の体積の割合で含んだ、塩素ガスとハロゲンガスとの混合ガスにより生成したプラズマ中のラジカルを利用して、化合物半導体表面を加工することで、加工レートの極端な低下を防止すると共に、プラズマ放電開始時に印加する高周波電圧を高くする必要がない。これに対して、塩素ガスの濃度が０．０５％以下では、加工レートが極端に低下し、化合物半導体基板の加工がほとんど進行しない。一方、塩素ガスの濃度が１０．０％以上では、プラズマ放電開始時に印加する高周波電圧を高くする必要があり、プラズマの生成が非常に困難になる。
【００７２】
また、半導体プロセスにおいて低圧雰囲気を形成するために必要とされるような強度を有する反応容器や強力な排気システム等が必要でなくなり、装置コストを低減できるので、最終製品のコストダウンを図ることもできる。
【００７３】
したがって、化合物半導体表面にプラズマプロセスによるダメージを与えることなく、化合物半導体表面に存在するダメージ層を除去することができて、化合物半導体と金属電極との接触抵抗を低減し、両者の接触部におけるオーミック特性を改善することができる。
【００７４】
また、この発明の化合物半導体デバイスの製造方法では、上記プラズマを生成する工程において、上記混合ガスに対する上記塩素ガスの体積の割合は、標準状態で、０．１〜１．５％である。
【００７５】
この発明の化合物半導体デバイスの製造方法によれば、上記混合ガスに対する上記塩素ガスの体積の割合は、標準状態で、０．１〜１．５％であるので、塩素ガスを０．１〜１．５％の体積の割合で含んだ、塩素ガスとハロゲンガスとの混合ガスにより生成したプラズマ中のラジカルを利用して、化合物半導体表面を加工することにより、化合物半導体表面に数十ｎｍオーダーの微細な凹凸が形成され、これにより金属電極との接触面積が増大し、接触抵抗を低減できる。
【００７６】
したがって、化合物半導体表面のダメージを除去すると同時に、化合物半導体表面の微細な凹凸により化合物半導体と金属電極との接触面積を増大することができて、化合物半導体と金属電極との接触抵抗を低減し、両者の接触部におけるオーミック特性を一層改善することができる。
【００７７】
また、この発明の化合物半導体デバイスの製造方法では、上記化合物半導体の表面を加工する工程において、上記化合物半導体の上記表面に対向してこの化合物半導体の表面との間にプラズマを生成するプラズマ生成用電極（電極２）を、上記化合物半導体の上記表面に対して平行方向に相対的に移動させながら、上記プラズマ中のラジカルを、上記化合物半導体の上記表面に接触させる。
【００７８】
この発明の化合物半導体デバイスの製造方法によれば、上記化合物半導体の表面を加工する工程において、上記プラズマ生成用電極を、上記化合物半導体の上記表面に対して平行方向に相対的に移動させながら、上記プラズマ中のラジカルを、上記化合物半導体の上記表面に接触させるので、化合物半導体の表面が大きい場合でも化合物半導体の表面全体を加工することができる。
【００７９】
また、この発明の化合物半導体デバイスの製造方法では、上記プラズマ生成用電極と上記化合物半導体の上記表面との間の距離は、略一定に保たれている。
【００８０】
この発明の化合物半導体デバイスの製造方法によれば、上記プラズマ生成用電極と上記化合物半導体の上記表面との間の距離は、略一定に保たれているので、上記化合物半導体の上記表面の加工ばらつきを低減することができる。
【００８１】
また、この発明の化合物半導体デバイスの製造方法では、上記化合物半導体の上記表面に対向してこの化合物半導体の表面との間にプラズマを生成するプラズマ生成用電極は、上記化合物半導体の上記表面に対して直交する軸を有し、上記化合物半導体の表面を加工する工程において、上記プラズマ生成用電極を、この軸を中心として回転させながら、上記プラズマ中のラジカルを、上記化合物半導体の上記表面に接触させる。
【００８２】
この発明の化合物半導体デバイスの製造方法によれば、上記化合物半導体の表面を加工する工程において、上記プラズマ生成用電極を、この軸を中心として回転させながら、上記プラズマ中のラジカルを、上記化合物半導体の上記表面に接触させるので、上記プラズマ生成用電極の形状や、上記プラズマ生成用電極における上記化合物半導体表面との距離が、上記プラズマ生成用電極の軸に対して、対称性がない場合においても、上記プラズマ生成用電極を回転させることで、対称性と再現性の高い加工状態を得ることができる。
【００８３】
また、この発明の化合物半導体デバイスは、上記化合物半導体デバイスの製造方法により製造されている。
【００８４】
この発明の化合物半導体デバイスによれば、上記化合物半導体デバイスの製造方法により製造されているので、オーミック特性の良好な化合物半導体デバイスを実現できる。
【００８５】
なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、プロセスガスとしてヘリウムガスと塩素ガスとの混合ガスを使用したが、必ずしもこれに限らない。ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガスまたはキセノンガスのいずれか１種または複数種を用いることができる。
【００８６】
また、本発明においてチャンバ１の内部の圧力は特に大気圧において最もその効果を発揮するものであるが、１００Ｔｏｒｒ〜２気圧を好適な圧力範囲とし、適用可能な圧力範囲としてはたとえば１０Ｔｏｒｒ〜５気圧が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の化合物半導体デバイスの製造方法に用いられる大気圧プラズマプロセス装置の模式的な構成図である。
【図２】化合物半導体デバイスとしての半導体素子を示す構成図である。
【図３】半導体素子のＩ−Ｖ特性測定結果を示すグラフ図である。
【図４】本発明で適用するプラズマプロセスの条件範囲を示すグラフ図である。
【図５】化合物半導体デバイスとしての半導体レーザ素子を示す構成図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  チャンバ
２  プラズマ生成用電極
３  電力供給部材
４  整合器
５  高周波電源
６  被処理体
７  基板ヒータ
８  ＸＹステージ
９  ベローズ
１０  昇降機構
１１  ガス供給部
１２  流量制御装置
１３  ガスボンベ
１４  排気ポンプ
１５  プラズマ
１００  半導体素子
１０１  サファイア基板
１０２  低温成長ＡｌＮバッファ層
１０３  ｎ型ＧａＮ層
１０４  金属電極
１１１  サファイア基板
１１２  バッファ層
１１３  ｎ型ＧａＮコンタクト層
１１４  窒化物半導体層
１１５  ｐ型ＧａＮコンタクト層
１１６  ｎ型電極
１１７  ｐ型電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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