(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガリウムおよび窒素を少なくとも含有する半導体上にマグネシウムまたは亜鉛を少なくとも含有する金属膜を形成し、前記金属膜が形成された前記半導体を所定温度に加熱することにより前記金属膜下の半導体をエッチングすることを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記金属膜が形成された前記半導体を前記所定温度に所定時間保持することを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記所定温度は３００℃以上であることを特徴とする請求項１または２記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記所定温度は４００℃以上であることを特徴とする請求項３記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記所定温度は１０００℃以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記金属膜はマグネシウムからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記金属膜は亜鉛からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項８】
前記金属膜はマグネシウムと亜鉛との合金膜からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項９】
前記金属膜はマグネシウムと亜鉛との積層膜からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項１０】
前記金属膜上に前記金属膜中の元素の蒸発を抑制する蒸発抑制膜を形成した状態で前記金属膜が形成された前記半導体を加熱することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項１１】
前記金属膜の厚み、前記半導体の加熱温度および前記加熱温度での保持時間のいずれかまたはすべてを調整することにより前記半導体のエッチング量を制御することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項１２】
基板上にガリウムおよび窒素を少なくとも含有する一または複数の半導体層を形成する工程と、
前記複数の半導体層のうち所定の層の所定の領域を請求項１〜１１のいずれかに記載のエッチング方法によりエッチングする工程とを含む半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
基板上に発光層を含みかつガリウムおよび窒素を少なくとも含有する複数の半導体層を形成する工程と、
前記複数の半導体層のうち所定の層の所定の領域を請求項１〜１１のいずれかに記載のエッチング方法によりエッチングする工程とを含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
前記複数の半導体層のうち最上層上に第１の電極を形成する工程と、
前記複数の半導体層のうち前記エッチングにより露出した層上に第２の電極を形成する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１３記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッチング方法およびそれを用いた半導体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、青色の発光が可能な発光ダイオードおよび短波長のレーザ発振が可能な半導体レーザ素子として、ＧａＮ系化合物半導体を用いた発光ダイオードや半導体レーザ素子が実用化されつつある。このようなＧａＮ系化合物半導体の構造を形成する基板としては、サファイア基板が用いられている。
【０００３】
一般に、発光ダイオード、半導体レーザ素子等の発光素子では、基板上に積層された複数の半導体層のうち最下層に一方の電極が設けられ、最上層に他方の電極が設けられる。基板が導電性を有する場合には、基板の下面に一方の電極を設け、この一方の電極を導電性の基板を介して基板上の最下層の半導体層に電気的に接続することができる。
【０００４】
しかしながら、サファイア基板は電気的に絶縁性であることから、サファイア基板の下面に電極を設け、この電極をサファイア基板を介して半導体層と電気的に接続することはできない。そこで、最下層の半導体層に電極を設けるためには、上層の半導体層の一部をエッチングすることが必要になる。
【０００５】
図１０は従来のIII −Ｖ族窒化物系半導体からなる発光ダイオードの構造の一例を示す模式的断面図である。
【０００６】
図１０において、サファイヤ絶縁基板１０１上に、層厚１１０ÅのアンドープのＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ｘ＝０．５）バッファ層１０２、層厚０．２μｍのアンドープのＧａＮ下地層１０３、層厚４μｍのｎ型クラッド層を兼用するＳｉドープのｎ型ＧａＮコンタクト層１０４、およびＺｎおよびＳｉがドープされた層厚０．２μｍのＩｎq Ｇａ1-q Ｎ（ｑ＝０．０５）活性層１０５が順に形成されている。ＩｎＧａＮ活性層１０５上には、Ｍｇがドープされた層厚０．１５μｍのｐ型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎ（ｚ＝０．２）クラッド層１０６、およびＭｇがドープされた層厚０．３μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１０７が順に形成されている。
【０００７】
ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７からｎ型ＧａＮコンタクト層１０４中の所定位置までの一部領域が除去され、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４が露出している。ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７の上面にＮｉからなるｐ側電極１０８が形成され、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４が露出したｎ側電極形成領域上にＡｌからなるｎ側電極１０９が形成されている。
【０００８】
上記の発光ダイオードの製造方法を説明する。本例では、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により各層が形成される。
【０００９】
まず、有機金属化学気相成長装置内に基板１０１を設置した後、その基板１０１を例えば６００℃の成長温度（基板温度）に保持した状態にして、キャリアガスとしてＨ2 およびＮ2 、原料ガスとしてアンモニア、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用いて、基板１０１上に非単結晶のアンドープのＡｌＧａＮバッファ層１０２を成長させる。
【００１０】
その後、基板１０１を例えば１１５０℃の成長温度に保持した状態にして、キャリアガスとしてＨ2 およびＮ2 、原料ガスとしてアンモニアおよびトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用いて、バッファ層１０２上に単結晶のアンドープのＧａＮ下地層１０３を成長させる。
【００１１】
続いて、基板１を例えば１１５０℃の成長温度に保持した状態で、キャリアガスとしてＨ2 およびＮ2 、原料ガスとしてアンモニアおよびトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ドーパントガスとしてＳｉＨ4 を用いて、下地層１０３上に単結晶のＳｉドープのｎ型ＧａＮコンタクト層１０４を成長させる。
【００１２】
次に、基板１０１を例えば８６０℃の成長温度に保持した状態にして、キャリアガスとしてＨ2 およびＮ2 、原料ガスとしてアンモニア、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ドーパントガスとしてＳｉＨ4 およびジエチル亜鉛（ＤＥＺ）を用いて、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４上に単結晶のＳｉおよびＺｎドープのＩｎＧａＮ活性層１０５を成長させる。
【００１３】
その後、基板１０１を例えば１１５０℃の成長温度に保持した状態にして、キャリアガスとしてＨ2 およびＮ2 、原料ガスとしてアンモニア、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ドーパントガスとしてＣｐ2 Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用いて、ＩｎＧａＮ活性層１０５上に単結晶のＭｇドープのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０６を成長させる。
【００１４】
次に、基板１０１を例えば１１５０℃の成長温度に保持した状態にして、キャリアガスとしてＨ2 およびＮ2 、原料ガスとしてアンモニアおよびトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ドーパントガスとしてＣｐ2 Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用いて、ｐ型クラッド層１０６上に単結晶のＭｇドープのｐ型ＧａＮコンタクト層１０７を成長させる。
【００１５】
上記結晶成長後、基板１を上記装置から取り出し、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７からｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の層途中までを反応性のガスを用いたドライエッチング法によりエッチング除去して、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４が露出したｎ側電極形成領域を形成する。
【００１６】
そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０６のドーパントを活性化して高キャリア濃度にするとともに、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４のエッチングによる結晶劣化を回復するために、窒素雰囲気中において７５０℃〜８００℃で３０〜６０分熱処理を行う。
【００１７】
その後、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７上にＮｉからなるｐ側電極１０８を蒸着法等により形成するとともに、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の上記ｎ側電極形成領域上にＡｌからなるｎ側電極１０９を蒸着法等により形成した後、５００℃で熱処理してｐ側電極１０８およびｎ側電極１０９をそれぞれｐ型ＧａＮコンタクト層１０７およびｎ型ＧａＮコンタクト層１０４にオーミック接触させ、図１０に示す発光ダイオードを作製する。
【００１８】
上記のように、従来の発光ダイオードの製造方法においては、サファイア絶縁基板１０１上のｎ型ＧａＮコンタクト層１０４にｎ側電極１０９を形成するために、反応性のガスを用いたドライエッチング法によりｐ型ＧａＮコンタクト層１０７からｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の途中までをエッチングする必要がある。
【００１９】
反応性のガスを用いたドライエッチング法については、従来より多くの方法が報告されている。
【００２０】
例えば、特開平１−２０４４２５号公報にはＣＦ4 ガスを用いた方法が開示され、特開平３−１０８７７９号公報にはＣＣｌ2 Ｆ2 ガス、ＣＣｌ4 ガスまたはＣＦ4 ガスを用いた方法が開示され、特開平４−３４９２９号公報にはＢＣｌ3 ガスを用いた方法が開示されている。
【００２１】
また、Semiconductor Science and Technology 8,(1993)310-312にはＣｌ2 とＨ2 の混合ガスを用いた方法およびＢＣｌ3 とＡｒの混合ガスを用いた方法が報告され、Applied Physics Letters, 64(7), 14 February 1994にはＢＣｌ3 とＳｉＣｌ4 の混合ガスを用いた方法が報告され、Applied Physics Letters, 63(20), 15 November 1993 にはＳｉＣｌ4 ガスまたはＳｉＣｌ4 とＳｉＦ4 の混合ガスを用いた方法が報告されている。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
上記のいずれのエッチング方法も、エッチング室内の電極上に設置された化合物半導体を高周波電源によりイオン化された反応性のガスを用いてドライエッチングするものである。
【００２３】
そのため、イオン化された反応性のガスが化合物半導体に衝突することによりエッチング後の化合物半導体の表面に欠陥が形成されやすくなる。この結果、エッチング後の化合物半導体の表面のキャリア濃度やキャリア移動度が低下することになる。
【００２４】
ドライエッチングにより化合物半導体の表面に形成された欠陥を除去するためには、４００℃前後の温度で化合物半導体をアニールする必要がある。しかしながら、化合物半導体の表面に一旦発生した欠陥は完全には除去されない。
【００２５】
本発明の目的は、欠陥の発生を抑制しつつ半導体を容易にエッチングすることができるエッチング方法およびそれを用いた半導体素子の製造方法を提供することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係るエッチング方法は、ガリウム（Ｇａ）および窒素（Ｎ）を少なくとも含有する半導体上にマグネシウム（Ｍｇ）または亜鉛（Ｚｎ）を少なくとも含有する金属膜を形成し、金属膜が形成された半導体を所定温度に加熱することにより金属膜下の半導体をエッチングするものである。
【００２７】
本発明に係るエッチング方法によれば、金属膜が形成された半導体を所定温度に加熱することにより金属膜下の半導体をエッチングすることができる。この場合、半導体の表面に欠陥が形成されることなく、半導体が容易にエッチングされる。したがって、エッチングによる半導体表面でのキャリア濃度およびキャリア移動度の低下を防止することができる。
【００２８】
特に、金属膜が形成された半導体を所定温度に所定時間保持することが好ましい。これにより、半導体を所定の深さまでエッチングすることができる。
【００２９】
上記所定温度は３００℃以上であることが好ましい。これにより、半導体を十分にエッチングすることができる。特に、上記所定温度が４００℃以上であることがより好ましい。これにより、エッチングの効率が高くなる。
【００３０】
上記所定温度は１０００℃以下であることが好ましい。これにより、エッチング後の半導体表面の荒れを防止することができる。
【００３１】
金属膜がマグネシウムからなってもよい。また、金属膜が亜鉛からなってもよい。さらに、金属膜がマグネシウムと亜鉛との合金膜からなってもよい。あるいは、金属膜がマグネシウムと亜鉛との積層膜からなってもよい。
【００３２】
金属膜上に金属膜中の元素の蒸発を抑制する蒸発抑制膜を形成した状態で金属膜が形成された半導体を加熱してもよい。それにより、金属膜が形成された半導体を所定温度に加熱する際に、金属膜中の元素が蒸発することが防止される。
【００３３】
金属膜の厚み、半導体の加熱温度および加熱温度での保持時間のいずれかまたはすべてを調整することにより半導体のエッチング量を制御してもよい。これにより、半導体を所定の深さまで正確にエッチングすることが可能となる。
【００３４】
第２の発明に係る半導体素子の製造方法は、基板上にガリウムおよび窒素を少なくとも含有する一または複数の半導体層を形成する工程と、複数の半導体層のうち所定の層の所定の領域を第１の発明に係るエッチング方法によりエッチングする工程とを含むものである。
【００３５】
本発明に係る半導体素子の製造方法によれば、所定の半導体層の表面に欠陥が形成されることなく、所定の層の所定の領域を容易にエッチングすることができる。したがって、所定の層の表面のキャリア濃度およびキャリア移動度の低下が防止される。その結果、良好な素子特性を有する半導体素子が得られる。
【００３６】
特に、基板上に発光層を含みかつガリウムおよび窒素を少なくとも含有する複数の半導体層を形成する工程と、複数の半導体層のうち所定の層の所定の領域を第１の発明に係るエッチング方法によりエッチングする工程とを含むものである。
【００３７】
本発明に係る半導体素子の製造方法によれば、所定の層の表面に欠陥が形成されることなく、所定の層の所定の領域を容易にエッチングすることができる。したがって、所定の層の表面のキャリア濃度およびキャリア移動度の低下が防止される。その結果、良好な素子特性を有する発光素子が得られる。
【００３８】
特に、上記の半導体素子の製造方法が、複数の半導体層のうち最上層上に第１の電極を形成する工程と、複数の半導体層のうちエッチングにより露出した層上に第２の電極を形成する工程とをさらに含んでもよい。
【００３９】
この場合、半導体層の表面のキャリア濃度およびキャリア移動度を低下させることなく、下層の半導体層に電極を形成することが可能となる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
（１）第１の実施例
まず、本発明の第１の実施例におけるＧａＮ系半導体のエッチング方法を説明する。サファイア基板の（０００１）面上にＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によりＧａＮ層を形成し、そのＧａＮ層の表面に抵抗加熱法によりＭｇ膜を蒸着する。Ｍｇ膜が蒸着されたＧａＮ層を窒素雰囲気中で３００〜１０００℃に加熱し、そのまま所定時間保持する。これにより、Ｍｇ膜下のＧａＮ層がエッチングされる。
【００４１】
Ｍｇ膜の膜厚、加熱温度および保持時間のいずれかまたはすべてを調整することによりＧａＮ層のエッチング量を制御することができる。
【００４２】
例えば、ＧａＮ層の膜厚を３μｍとし、Ｍｇ膜の膜厚を０．１μｍとし、加熱温度を１０００℃とし、保持時間を１０分とした場合、Ｍｇ膜下のＧａＮ層が約０．５μｍエッチングされる。
【００４３】
ここで、図１（ａ）に示すように、サファイア基板５１の（０００１）面上にＭＯＣＶＤ法により膜厚３μｍのアンドープのＧａＮ層５２を形成し、そのＧａＮ層５２の表面に抵抗加熱法により膜厚０．１μｍのＭｇ膜５３を蒸着した。このような試料を複数個作製し、複数の試料を窒素雰囲気中でそれぞれ異なる温度に加熱し、１時間放置した。これにより、図１（ｂ）に示すように、ＧａＮ層５２がエッチングされた。
【００４４】
これらの試料のうち１０００℃で加熱した試料についてＧａＮ層５２のエッチング前後のフォトルミネッセンスを測定した。図２はＧａＮ層５２のエッチング前のフォトルミネッセンススペクトルを示し、図３はＧａＮ層５２のエッチング後のフォトルミネッセンススペクトルを示す。
【００４５】
図２および図３に示すように、ＧａＮ層５２のエッチング前後でフォトルミネッセンススペクトルに変化はなく、欠陥の発生による５００〜６００ｎｍ付近の発光は観測されなかった。したがって、本実施例のエッチング方法によれば、例えばｎ型ＧａＮ層におけるキャリア濃度およびキャリア移動度がエッチング前後で変化しない。
【００４６】
また、上記の複数の試料について加熱温度とエッチング量との関係を測定した。その測定結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
0003748998.tif 000002
【００４８】
表１に示すように、加熱温度を４００℃から１０００℃まで変化させることによりエッチング量を制御できることがわかる。
【００４９】
３００℃以上の温度でＧａＮ層をエッチングする作用が確認できた。しかし、加熱温度が１０００℃を超えると（例えば１１００℃）、エッチング後のＧａＮ層の表面が荒れるため、好ましくない。また、温度４００℃未満では、エッチングの効率が低下する。したがって、ＧａＮ層の加熱温度は、４００〜１０００℃とすることが好ましい。
【００５０】
（２）第２の実施例
次に、本発明の第２の実施例におけるＧａＮ系半導体のエッチング方法を説明する。サファイア基板の（０００１）面上にＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ層を形成し、そのＧａＮ層の表面に抵抗加熱法によりＺｎ膜を蒸着する。このＺｎ膜が蒸着されたＧａＮ層を窒素雰囲気中で３００〜１０００℃に加熱し、そのまま所定時間保持する。これにより、Ｚｎ膜下のＧａＮ層がエッチングされる。
【００５１】
この場合、Ｚｎ膜の膜厚、加熱温度および保持時間のいずれかまたはすべてを調整することにより、ＧａＮ層のエッチング量を制御することができる。
【００５２】
例えば、ＧａＮ層の膜厚を３μｍとし、Ｚｎ膜の膜厚を０．１μｍとし、加熱温度を１０００℃とし、保持時間を１０分とした場合、Ｚｎ膜下のＧａＮ層が約０．０５μｍエッチングされる。
【００５３】
（３）第３の実施例
次に、本発明の第３の実施例におけるＧａＮ系半導体のエッチング方法を説明する。サファイア基板の（０００１）面上にＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ層を形成する。そのＧａＮ層上に円形の開口部を有するメタルマスクを形成した後、ＧａＮ層の表面に抵抗加熱法によりＭｇとＺｎとの合金からなる合金膜を蒸着する。それにより、ＧａＮ層の表面に円形の合金膜が形成される。この円形の合金膜が蒸着されたＧａＮ層を窒素雰囲気中で３００〜１０００℃に加熱し、そのまま所定時間保持する。それにより、円形の合金膜下のＧａＮ層がエッチングされる。
【００５４】
この場合、合金膜の膜厚、加熱温度および保持時間のいずれかまたはすべてを調整することにより、ＧａＮ層のエッチング量を制御することができる。
【００５５】
例えば、ＧａＮ層の膜厚を３μｍとし、合金膜の膜厚を０．１μｍとし、合金膜中のＭｇとＺｎとの重量比を１：１とする。また、メタルマスクの円形の開口部の直径を２００μｍとし、加熱温度を４００℃、保持時間を２０分間とする。この場合、円形の合金膜下のＧａＮ層の直径２００μｍの領域が深さ０．５μｍエッチングされる。
【００５６】
（４）第４の実施例
次に、本発明の第４の実施例におけるＧａＮ系半導体のエッチング方法を説明する。サファイア基板の（０００１）面上にＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ層を形成する。そのＧａＮ層の表面にＭｇ膜とＺｎ膜の積層膜を形成する。さらに、積層膜中のＭｇおよびＺｎの蒸発を抑制するために、熱ＣＶＤ法により積層膜上にＳｉＯ2 膜を蒸着する。積層膜およびＳｉＯ2 膜が形成されたＧａＮ層を窒素雰囲気中で３００〜１０００℃に加熱し、そのまま所定時間保持する。それにより、積層膜下のＧａＮ層がエッチングされる。
【００５７】
この場合、積層膜の膜厚、加熱温度および保持時間のいずれかまたはすべてを調整することにより、ＧａＮ層のエッチング量を制御することができる。
【００５８】
例えば、ＧａＮ層の膜厚を３μｍとし、Ｍｇ膜の膜厚を４０ｎｍとし、Ｚｎ膜の膜厚を１０ｎｍとし、この積層膜を６組（合計の膜厚０．３μｍ）をＧａＮ層上に積層する。また、ＳｉＯ2 膜の膜厚を０．２μｍとし、加熱温度を１０００℃とし、保持時間を２０分とする。この場合、積層膜下のＧａＮ層が約１．５μｍエッチングされる。
【００５９】
（５）第５の実施例
図４は本発明の第５の実施例におけるIII −Ｖ族窒化物系半導体からなる発光ダイオードの構造を示す模式的断面図である。また、図５は図４の発光ダイオードの斜視図である。
【００６０】
図４において、サファイヤ絶縁基板１上に、層厚１１０ÅのアンドープのＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ｘ＝０．５）バッファ層２、層厚０．２μｍのアンドープのＧａＮ下地層３、層厚４μｍのｎ型クラッド層を兼用するＳｉドープのｎ型ＧａＮコンタクト層４、およびＺｎおよびＳｉがドープされた層厚０．２μｍのＩｎq Ｇａ1-q Ｎ（ｑ＝０．０５）活性層５が順に形成されている。ＩｎＧａＮ活性層５上には、Ｍｇがドープされた層厚０．１５μｍのｐ型Ａｌz Ｇａ1-z Ｎ（ｚ＝０．２）クラッド層６、およびＭｇがドープされた層厚０．３μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層７が順に形成されている。
【００６１】
ｐ型ＧａＮコンタクト層７からｎ型ＧａＮコンタクト層４中の所定位置までの一部領域が除去され、ｎ型ＧａＮコンタクト層４が露出している。ｐ型ＧａＮコンタクト層７の上面にＮｉからなるｐ側電極８が形成され、ｎ型ＧａＮコンタクト層４が露出したｎ側電極形成領域上にＡｌからなるｎ側電極９が形成されている。
【００６２】
図４および図５の発光ダイオードの製造方法を図６を参照しながら説明する。本実施例では、ＭＯＣＶＤ法により各層が形成される。
【００６３】
まず、有機金属化学気相成長装置内に基板１を設置した後、その基板１を非単結晶成長温度、例えば６００℃の成長温度（基板温度）に保持した状態にして、キャリアガスとしてＨ2 およびＮ2 、原料ガスとしてアンモニア、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用いて、基板１上に非単結晶のアンドープのＡｌＧａＮバッファ層２を成長させる。
【００６４】
その後、基板１を単結晶成長温度、好ましくは１０００〜１２００℃、例えば１１５０℃の成長温度に保持した状態にして、キャリアガスとしてＨ2 およびＮ2 、原料ガスとしてアンモニアおよびトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用いて、ＡｌＧａＮバッファ層２上に単結晶のアンドープのＧａＮ下地層３を成長させる。
【００６５】
続いて、基板１を単結晶成長温度、好ましくは１０００〜１２００℃、例えば１１５０℃の成長温度に保持した状態で、キャリアガスとしてＨ2 およびＮ2 、原料ガスとしてアンモニアおよびトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ドーパントガスとしてＳｉＨ4 を用いて、ＧａＮ下地層３上に単結晶のＳｉドープのｎ型ＧａＮコンタクト層４を成長させる。
【００６６】
次に、基板１を単結晶成長温度、好ましくは７００〜９５０℃、例えば８６０℃の成長温度に保持した状態にして、キャリアガスとしてＨ2 およびＮ2 、原料ガスとしてアンモニア、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ドーパントガスとしてＳｉＨ4 およびジエチル亜鉛（ＤＥＺ）を用いて、ｎ型ＧａＮコンタクト層４上に単結晶のＳｉおよびＺｎドープのＩｎＧａＮ活性層５を成長させる。
【００６７】
その後、基板１を単結晶成長温度、好ましくは１０００〜１２００℃、例えば１１５０℃の成長温度に保持した状態にして、キャリアガスとしてＨ2 およびＮ2 、原料ガスとしてアンモニア、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ドーパントガスとしてＣｐ2 Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用いて、ＩｎＧａＮ活性層５上に単結晶のＭｇドープのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６を成長させる。
【００６８】
次に、基板１を単結晶成長温度、好ましくは１０００〜１２００℃、例えば１１５０℃の成長温度に保持した状態にして、キャリアガスとしてＨ2 およびＮ2 、原料ガスとしてアンモニアおよびトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ドーパントガスとしてＣｐ2 Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用いて、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６上に単結晶のＭｇドープのｐ型ＧａＮコンタクト層７を成長させる。
【００６９】
上記結晶成長後、基板１を上記装置から取り出し、ｐ型ＧａＮコンタクト層７上に抵抗加熱法により０．２μｍのＭｇ膜１０を蒸着した後、フォトリソグラフィおよびウエットエッチングによりＭｇ膜１０の所定部分を除去し、略Ｌ字形の複数の開口部１１を形成する。
【００７０】
このようにして作製された試料を窒素雰囲気中で１０００℃に加熱し、そのまま３０分間保持する。その結果、ｐ型ＧａＮコンタクト層７およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６のドーパントが活性化されて高キャリア濃度になると同時に、開口部１１を除くＭｇ膜１０の下部のｐ型ＧａＮコンタクト層７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６、ＩｎＧａＮ活性層５およびｎ型ＧａＮコンタクト層４が深さ約１μｍまでエッチングされる。それにより、ｎ型ＧａＮコンタクト層４が露出し、ｎ側電極形成領域が形成される。
【００７１】
以上の工程により１つの基板１上に図４および図５の構成を有する複数個の素子が作製される。
【００７２】
その後、ｐ型ＧａＮコンタクト層７上にＮｉからなるｐ側電極８を蒸着法等により形成するとともに、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上記ｎ側電極形成領域上にＡｌからなるｎ側電極９を蒸着法等により形成した後、５００℃で熱処理してｐ側電極８およびｎ側電極９をそれぞれｐ型ＧａＮコンタクト層７およびｎ型ＧａＮコンタクト層４にオーミック接触させ、図１に示す発光ダイオードを作製する。
【００７３】
本実施例の発光ダイオードにおいては、ｐ型ＧａＮコンタクト層７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６、ＩｎＧａＮ活性層５およびｎ型ＧａＮコンタクト層４のエッチングの際の表面に欠陥が形成されないので、エッチング後のｎ型ＧａＮコンタクト層４の表面のキャリア濃度およびキャリア移動度の低下が生じない。したがって、良好な素子特性を有する発光ダイオードが得られる。
【００７４】
（６）第６の実施例
図７は本発明の第６の実施例における屈折率導波型半導体レーザ素子の構造を示す模式的断面図である。この半導体レーザ素子はリッジ埋め込み型導体レーザ素子である。
【００７５】
図７において、サファイア絶縁基板３１上に、層厚１００〜２００ÅのアンドープのＡｌＧａＮバッファ層３２、層厚０．４μｍのアンドープのＧａＮ下地層３３、層厚４μｍのｎ型ＧａＮコンタクト層３４、および層厚０．１〜０．５μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３５が順に形成されている。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３５上には、ＩｎＧａＮ活性層３６、および層厚０．１〜０．５μｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７が順に形成されている。
【００７６】
活性層３６としては、非量子井戸構造層を用いてもよく、あるいは単一量子井戸構造層または多重量子井戸構造層を用いてもよい。非量子井戸構造層の場合には、層厚を０．１〜０．３μｍ程度とする。単一量子井戸構造層の場合には、量子井戸層の層厚を１０〜５０Åとし、多重量子井戸構造層の場合には、量子井戸層の層厚を１０〜５０Åとし、量子障壁層の層厚を１０〜１００Å程度とする。
【００７７】
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７は、平坦部とその平坦部の中央部上に形成されたリッジ部とを有する。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７のリッジ部上には、層厚０．１μｍのｐ型ＧａＮキャップ層３８が形成されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７の平坦部上面およびリッジ部側面ならびにｐ型ＧａＮキャップ層３８の側面には、層厚０．２〜０．３μｍのｎ型ＧａＮまたはｎ型ＡｌＧａＮからなる電流ブロック層３９が形成されている。
【００７８】
ｐ型ＧａＮキャップ層３８上にはｐ側電極４０が形成され、ｎ型ＧａＮコンタクト層３４上にはｎ側電極４１が形成されている。
【００７９】
図７の半導体レーザ素子の製造方法を図８および図９を参照しながら説明する。本実施例では、ＭＯＣＶＤ法により各層が形成される。
【００８０】
有機金属化学気相成長装置内にサファイア絶縁基板３１を設置する。１回目の成長では、サファイア絶縁性基板３１上に成長温度６００℃でアンドープのＡｌＧａＮバッファ層３２を形成し、成長温度１１５０℃でアンドープのＧａＮ下地層３３、ｎ型ＧａＮコンタクト層３４およびｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３５を形成し、成長温度７００〜９５０℃でＩｎＧａＮ活性層３６を形成し、成長温度１１５０℃でｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７およびｐ型ＧａＮキャップ層３８を形成する。
【００８１】
上記結晶成長後、基板３１を上記装置から取り出し、ｐ型ＧａＮキャップ層３８上に、抵抗加熱法により膜厚０．１μｍのＭｇ膜４２を蒸着した後、フォトリソグラフィおよびウエットエッチングにより所定部分のＭｇを除去し、図８に示すように、ストライプ状開口部４３を形成する。
【００８２】
このようにして作製された試料を窒素雰囲気中で１０００℃に加熱し、そのまま３０分間保持する。その結果、ｐ型ＧａＮキャップ層３８およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７のドーパントが活性されて高キャリア濃度になると同時に、ストライプ状開口部４３を除くＭｇ膜４２の下部のｐ型ＧａＮキャップ層３８およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７が深さ０．５μｍまでエッチングされる。それにより、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７の膜厚が０．１μｍとなり、メサ構造が形成される。
【００８３】
このようにして作製された試料を洗浄した後、ｐ型ＧａＮキャップ層３８上に熱ＣＶＤ法により膜厚０．２μｍのＳｉＯ2 膜を蒸着する。その後、ＳｉＯ2 膜上に結晶成長しない条件でｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３８の上面および側面ならびにｐ型ＧａＮキャップ層３８の側面にｎ型ＧａＮまたはｎ型ＡｌＧａＮからなる電流ブロック層３９を選択成長させる。
【００８４】
次に、図９に示すように、ｎ側電極形成領域に相当する電流ブロック層３９上の領域に、抵抗加熱法により膜厚０．２μｍのＭｇ膜４５を形成する。
【００８５】
このようにして作製された試料を窒素雰囲気中で１０００℃に加熱し、そのまま１時間保持する。この結果、Ｍｇ膜４５下のｎ型電流ブロック層３９、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７、ＩｎＧａＮ活性層３６、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３５およびｎ型ＧａＮコンタクト層３４が深さ約１．５μｍまでエッチングされる。それにより、ｎ型ＧａＮコンタクト層３４が露出し、ｎ側電極形成領域が形成される。以上の工程で、１つの基板３１上に図７の構成を有する複数個の素子が作製される。
【００８６】
その後、ｐ型ＧａＮキャップ層３８上にＮｉからなるｐ側電極４０を蒸着法等により形成するとともに、ｎ型ＧａＮコンタクト層３４の上記ｎ側電極形成領域上にＡｌからなるｎ側電極４１を蒸着法等により形成した後、５００℃で熱処理してｐ側電極４０およびｎ側電極４１をそれぞれｐ型ＧａＮキャップ層３８およびｎ型ＧａＮコンタクト層３４にオーミック接触させ、図７に示す半導体レーザ素子を作製する。
【００８７】
本実施例の半導体レーザ素子の製造方法によれば、ｎ型電流ブロック層３９、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３７、ＩｎＧａＮ活性層３６、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３５およびｎ型ＧａＮコンタクト層３４のエッチングの際に表面に欠陥が形成されないので、ｎ型ＧａＮコンタクト層３４の表面のキャリア濃度およびキャリア移動度の低下が生じない。したがって、良好な素子特性を有する半導体レーザ素子が得られる。
【００８８】
（７）他の変形例
本発明のエッチング方法は、ＧａＮに限らず、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、（Ａｌ，Ｉｎ）ＧａＮＰ、（Ａｌ，Ｉｎ）ＧａＮＡｓ等のIII −Ｖ族窒化物系半導体をエッチングする際に適用することができる。
【００８９】
また、本発明のエッチング方法は、発光ダイオード、半導体レーザ素子等の発光素子の製造に限らず、フォトダイオード、ＦＥＴ等の種々の半導体素子の製造に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるＧａＮ系半導体のエッチング方法を示す模式的断面図である。
【図２】図１のＧａＮ層のエッチング前のフォトルミネッセンススペクトルの測定結果を示す図である。
【図３】図１のＧａＮ層のエッチング後のフォトルミネッセンススペクトルの測定結果を示す図である。
【図４】本発明の第５の実施例における発光ダイオードの構造を示す模式的断面図である。
【図５】図４の発光ダイオードの斜視図である。
【図６】図４および図５の発光ダイオードの製造方法を示す斜視図である。
【図７】本発明の第６の実施例における半導体レーザ素子の構造を示す模式的断面図である。
【図８】図７の半導体レーザ素子の製造方法を示す斜視図である。
【図９】図７の半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的断面図である。
【図１０】従来の発光ダイオードの構造の一例を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１，３１  サファイヤ絶縁基板
４，３４  ｎ型ＧａＮコンタクト層
３５  ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
５，３６  ＩｎＧａＮ活性層
６，３７  ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
７  ｐ型ＧａＮコンタクト層
３８  ｐ型ＧａＮキャップ層
３９  ｎ型電流ブロック層
５１  サファイア基板
５２  ＧａＮ層
１０，４２，４５，５３  Ｍｇ膜
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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