JPH098356A - 3−5族化合物半導体用電極の製造方法 - Google Patents
3−5族化合物半導体用電極の製造方法Info
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Abstract
メージを回復させ、電流注入特性が優れた3−5族化合
物半導体用電極を製造する。 【構成】3−5族化合物半導体をドライエッチングし、
次に不活性雰囲気中で400℃以上で熱処理し、次に電
極を形成する工程を有する3−5族化合物半導体用電極
の製造方法。3−5族化合物半導体をドライエッチング
し、次にリン酸と硫酸とを含む溶液にて処理し、次に電
極を形成する工程を有する3−5族化合物半導体用電極
の製造方法。ドライエッチングが、稀ガス、ハロゲン元
素を含む分子又はこれらの混合ガスを用いる。
Description
電極の製造方法に関する。
下、LEDと記すことがある。)又は紫外もしくは青色
のレーザダイオード等の発光素子の材料として、一般式
InxGay Alz N(ただし、x+y+z=1、0≦
x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される3−5族
化合物半導体が知られている。該3−5族化合物半導体
は、3族元素の組成によって制御できるバンドギャップ
を有しているので、可視光領域から紫外線領域の発光を
生じる発光素子に用いることができる。さらに、該3−
5族化合物半導体は直接遷移型のバンド構造を有するの
で、該3−5族化合物半導体を用いて発光効率の高い発
光素子が得られる。特に、Inの濃度が10%以上のも
のは、発光波長が紫色及びそれより長波長の可視領域に
することができるため、表示用途への応用上特に重要で
ある。
るには、電極を形成するため又は素子分離のために一般
にエッチングする必要がある。エッチングとして、一般
にはいわゆるウエットエッチングとドライエッチングが
知られている。しかしながら、該化合物半導体は化学的
に非常に安定であるため、ウエットエッチングにおいて
は該化合物半導体についての実用的なエッチング速度を
持つエッチング剤(エッチャント)は知られていない。
一方、該化合物半導体をプラズマを含む雰囲気中でエッ
チングする、いわゆるドライエッチング法では、100
Å/分以上の高速のエッチングが可能である。しかし、
ドライエッチングを行なった場合、エッチング後に伝導
度が著しく減少する又は発光スペクトルの強度が弱くな
る等の、電気的又は光学的性質が劣化することが問題で
あった。このような劣化は、一般にエッチングダメージ
と呼ばれるものであり、エッチングダメージを受けた該
化合物半導体を用いて発光素子を作製した場合、駆動電
圧が高くなる又は発光効率が下がるという問題があっ
た。
式Inx Gay Alz N(ただし、x+y+z=1、0
≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される3−5
族化合物半導体に対して電極等を形成するためにドライ
エッチングを行なった際のエッチングダメージを回復さ
せ、電流注入特性が優れた3−5族化合物半導体用電極
を製造する方法を提供することにある。
な事情をみて鋭意検討した結果、該3−5族化合物半導
体をドライエッチングした後、特定の条件で熱処理又は
特定の酸で処理し、得られた3−5族化合物半導体上に
電極を形成することにより、ドライエッチングによるダ
メージを回復させ、電流注入特性が優れた3−5族化合
物半導体用電極を製造することができることを見いだ
し、本発明に至った。
z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表さ
れる3−5族化合物半導体に用いる電極の製造方法にお
いて、該3−5族化合物半導体をドライエッチングし、
次に不活性雰囲気中で400℃以上で熱処理し、次に電
極を形成する工程を有することを特徴とする3−5族化
合物半導体用電極の製造方法。 〔2〕一般式Inx Gay Alz N(ただし、x+y+
z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表さ
れる3−5族化合物半導体に用いる電極の製造方法にお
いて、該3−5族化合物半導体をドライエッチングし、
次にリン酸と硫酸とを含む溶液にて処理し、次に電極を
形成する工程を有することを特徴とする3−5族化合物
半導体用電極の製造方法。 〔3〕ドライエッチングが、稀ガス、ハロゲン元素を含
む分子又はこれらの混合ガスを用いることを特徴とする
〔1〕または〔2〕記載の3−5族化合物半導体用電極
の製造方法。
おける3−5族化合物半導体とは、一般式Inx Gay
Alz N(ただし、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦
y≦1、0≦z≦1)で表される3−5族化合物半導
体、又はその積層構造からなる3−5族化合物半導体で
ある。特にp型及びn型の該化合物半導体の間に、これ
よりもバンドギャップの小さい該化合物半導体を挟んだ
構造のものは、いわゆるダブルヘテロ接合構造と呼ば
れ、高い発光効率で発光できるため特に重要である。本
発明における3−5族化合物半導体結晶は、通常基板の
上に成長させて得られるが、用いる基板については、S
iC、Si、サファイア、スピネル、ZnO等を挙げる
ことができる。特に、サファイア上にはAlN等の薄膜
をバッファ層とすることで結晶性の高いGaN層が成長
できることが知られており、好適である。
は、分子線エピタキシー(以下、MBEと記すことがあ
る。)法、有機金属気相成長(以下、MOVPEと記す
ことがある。)法、ハイドライド気相成長(以下、HV
PEと記すことがある。)法などが挙げられる。なお、
MBE法を用いる場合、窒素原料としては、窒素ガス、
アンモニア及びその他の窒素化合物を気体状態で供給す
る方法である気体ソース分子線エピタキシー(以下、G
SMBEと記すことがある。)法が一般的に用いられて
いる。この場合、窒素原料が化学的に不活性で、窒素原
子が結晶中に取り込まれにくいことがある。その場合に
は、マイクロ波などにより窒素原料を励起して、活性状
態にして供給することで、窒素の取り込み効率を上げる
ことができる。これらの製造方法のなかでMOVPE法
は均一性が高く、量産に向いていることから特に重要で
ある。
n型不純物としては、Si、Ge、Se、S、Oが挙げ
られ、なかでもSi、Geが好ましく、Siがさらに好
ましい。p型不純物としては、Mg、Zn、Cd、B
e、Hgが挙げられ、中でもMg、Znが好ましく、M
gがさらに好ましい。p型不純物をドープした該3−5
族化合物半導体は成長後に不活性雰囲気中で熱処理する
ことでさらに低抵抗にできることがある。これらの不純
物をドープする方法としては、GSMBE法により該3
−5族化合物半導体を製造する場合において、不純物の
単体そのものが成長装置内で他の分子線の妨げにならな
いような蒸気圧に制御できる場合には、これらの単体を
そのまま用いることができる。MOVPEの場合には公
知のこれらの不純物を含む化合物を反応炉に導入して、
不純物をドープした化合物半導体を得ることができる。
ては、Ar等の稀ガス、窒素又はこれらの混合ガスを用
いるスパッタエッチング、反応性ガスを用いる反応性イ
オンエッチング(以下、RIEと記すことがある。)、
又は反応性ガスを用いる電子サイクロトロン共鳴プラズ
マエッチング(以下、ECRプラズマエッチングと記す
ことがある。)などが挙げられる。一般にこれらの方法
に用いられるプラズマとは、荷電粒子又は中性ラジカル
粒子を含むガスをさす。
いて説明する。スパッタエッチングとは、荷電粒子を電
界中で加速して運動エネルギーを与え、エッチングしよ
うとする物質表面に衝突させ、表面の構成原子を取り去
る方法である。RIEとは、プラズマをエッチングしよ
うとする物質と反応させて揮発性の反応生成物とし、表
面の構成元素を取り去る方法である。ECRプラズマエ
ッチングとは、ドライエッチング装置内の試料の置かれ
た場所とは離れたところで、マイクロ波と磁場を利用し
てプラズマを発生させ、このプラズマを静電場又は高周
波電場によりエッチング試料の場所まで誘導して、エッ
チングしようとする物質と反応させて揮発性の反応生成
物とし、表面の構成元素を取り去る方法である。ECR
プラズマエッチングは、前に述べた2つの方法よりも高
真空中で、高密度のプラズマを発生させることができ、
プラズマ粒子のエネルギーを広範囲で制御できることが
特徴である。プラズマ粒子のエネルギーはスパッタエッ
チング、RIE、ECRプラズマエッチングの順に小さ
くなり、従ってエッチングダメージもこの順に小さくな
る。このためダメージの小さなエッチング方法として
は、RIE、ECRプラズマエッチングが好ましく、特
にECRプラズマエッチングが好ましい。
稀ガス、ハロゲン元素を含む分子からなるガス又はこれ
らの混合ガスが用いられる。稀ガスとしては、He、N
e、Ar、Kr、Xe等が挙げられ、これらの中ではA
rが好ましい。ハロゲン元素としてはCl、Br、Iが
挙げられ、ハロゲン元素を含む分子としては、X2 、H
X、BX3 、CXm X’n 、SiXm X’n 等が挙げら
れる(ただし、X、X’は互いに異なるCl、Br、I
の何れかを表し、m、nはm+n=4を満足する0以上
4以下の整数である。)。これらの中でもCl2 、BC
l3 が高純度のものが得られ、好適である。これらのガ
スに酸素、水素又は炭化水素化合物を混合して用いるこ
とで、エッチングによる生じる表面の凹凸を減少できる
場合がある。この目的のために用いることができる炭化
水素化合物としては炭素原子数が1個以上6個以下のも
のが挙げらる。
をドライエッチングし、次に不活性雰囲気中で400℃
以上で熱処理し、又はリン酸と硫酸とを含む溶液にて処
理し、次に電極を形成する。本発明におけるドライエッ
チング後の不活性雰囲気としては、Ar、He、窒素等
の不活性ガスが用いられる。これらのガスは充分精製
し、単独または混合して用いることができる。この中で
は窒素が比較的容易に高純度のものが得られるため好適
である。熱処理温度は400℃以上1100℃以下が好
ましく、さらに好ましくは600℃以上1000℃以下
である。熱処理温度が400℃より低い場合、熱処理の
効果が十分でなく、1100℃より高い場合、該3−5
族化合物半導体の熱による分解のため劣化が生じるので
好ましくない。熱処理時間は1分以上3時間以下が好ま
しく、さらに好ましくは5分以上1時間以下である。熱
処理時間が1分より短い場合、熱処理の効果が十分でな
く、3時間を超える場合、生産性が低下するので好まし
くない。
のリン酸と硫酸とを含む溶液を用いた処理を行う場合、
リン酸と硫酸の体積混合割合は10:1から1:10の
範囲が好ましく、さらに好ましくは5:1から1:5で
ある。硫酸の混合割合が10:1より小さくても、1:
10より大きくても表面が荒れて実用的でない場合があ
るので好ましくない。処理温度は180℃以上280℃
以下が好ましく、さらに好ましくは200℃以上260
℃以下である。180℃より低い場合には処理効果が現
われるまでに要する時間が極端に長くなり実用的でな
く、280℃より高い場合には表面の荒れが生じ、また
基板裏面の荒れも起こる場合があり、やはり実用的でな
いので好ましくない。リン酸と硫酸とを含む溶液を用い
た処理時間はドライエッチングにより受けるダメージの
大きさに依存するが、30秒以上60分以下が好まし
く、さらに好ましくは1分以上30分以下である。30
秒より短い場合には処理効果が充分に現われず、60分
より長い場合、プロセスに要する時間が長くなる場合が
あるので実用的でないため好ましくない。
する工程でドライエッチングを行なう場合、エッチング
を行なわない部分には、フォトレジスト、SiO2 など
のマスクを形成してプラズマから保護する。しかし、プ
ラズマとは直接触れないように保護された部分でもドラ
イエッチング中にダメージを受ける場合がある。本発明
におけるエッチングダメージの回復方法は、このように
保護された部分に生じるエッチングダメージに対しても
有効である。
極については以下のものを用いることができる。n型の
該化合物半導体と低い接触抵抗を有する電極材料として
はAlが挙げらる。p型の該化合物半導体と低い接触抵
抗を有する電極材料としては、Au、又はAuとその他
の金属との合金が挙げられる。Auとの合金が良好な電
極となる金属としては、Mg、Zn又はNiが挙げられ
る。具体的にはAu−Mg、Au−Zn、Au−Mg−
Zn又はAu−Ni合金等が挙げられる。これらの電極
は通常の真空蒸着によって形成することができる。電極
材料が合金である場合には、合金材料を蒸着する方法、
合金を構成する金属を順次蒸着した後、熱処理によって
合金化する方法、又は合金を構成する金属を同時に蒸着
する方法等を用いて形成することができる。
本発明はこれらに限定されるものではない。 比較例1 GaN系半導体は、MOVPE法によりGaNをバッフ
ァー層とする2段階成長法により作製した。作製した半
導体の構成を図1に示す。用いた原料は、NH 3 、トリ
メチルガリウム(以下、TMGと称することがある。)
である。p型ドーパントとしてビスメチルシクロペンタ
ジエニルマグネシウムを用いてMgをドープした。成長
後、該GaNを窒素雰囲気中800℃20分熱処理して
低抵抗化した。
トをスピンナーで1μmコートし、90℃20分間のベ
ーキングの後、露光装置にて紫外線で露光し、現像して
所望のマスクパターンを形成した。マスクパターンを形
成したp型GaN膜をECRプラズマエッチング装置
(日電アネルバ製ECR−510E)で、Cl2 ガスに
よりドライエッチングを行った。ドライエッチングの条
件は、圧力1.2mTorr、Cl2 ガス流量30sc
cm、RFパワー80W、入力マイクロ波パワー400
W、基板温度20℃、エッチング時間12.5分であ
る。ドライエッチング後、残留フォトレジストを有機溶
媒で取り除いた後、p型GaN膜上にドライエッチング
により形成された段差を測定した。段差から得られたG
aNのエッチング速度は160Å/分であった。
の表面抵抗をテスタで測定したところ、ドライエッチン
グ前の200〜900キロオームに対し、50メガオー
ム以上に増大しており、エッチングダメージを受けてい
た。また、ドライエッチング前後のp型GaN半導体膜
に波長3250Åのヘリウム−カドミウムレーザーを照
射してフォトルミネッセンススペクトルを比較したとこ
ろ、図2に示すドライエッチング前のスペクトルに対し
て、形状の変化した図3に示すスペクトルとなってお
り、光学的変化がみられた。
p型GaNに対して、窒素中800℃で20分間熱処理
を行った。熱処理後のp型GaNの抵抗を測定したとこ
ろ、200〜900キロオームであり、ドライエッチン
グ前の抵抗に回復していた。また、フォトルミネッセン
ススペクトルを測定したところ、ドライエッチング前と
同じスペクトルが得られた。前記と同様の方法で作製し
た、ドライエッチングした後にエッチングダメージの回
復処理をしたp型GaNの上に、NiAu電極(Ni濃
度は0.7重量%)を真空蒸着法により形成する。Ni
Au電極はNiを30Å蒸着し、この上にAuを130
0Å蒸着した後、窒素中400℃で90秒間の熱処理に
より合金化する。エッチングダメージの回復処理を行な
わずに作製した試料に比べて、回復処理を行なった試料
の方が電気的抵抗が小さくなっているので、本実施例の
電極は良好な電流電圧特性を示す。
ネシウムの代わりに、n型ドーパントとしてシランを用
いてSiをドープしたことを除いては比較例1と同様の
方法でn型GaN膜を成長した。得られたn型GaN膜
をECRプラズマドライエッチング装置でドライエッチ
ングを行った。ドライエッチング条件は、圧力0.2m
Torr、Cl2 ガス流量15sccm、RFパワー1
50W、入力マイクロ波パワー210W、基板温度0
℃、エッチング時間7分である。比較例1と同じ方法で
GaNのエッチング速度を測定したところ各々360Å
/分であった。
ムであり、ドライエッチング前の値10キロオームより
も高抵抗化しており、エッチングダメージを受けてい
た。液体窒素温度でのフォトルミネッセンススペクトル
を測定したところスペクトル形状は変わりなかったが、
3625Åの発光のピーク強度がドライエッチング前に
比べて55%まで低下しており、GaN結晶が光学的変
化を受けていた。このGaN膜を、あらかじめ240℃
に加熱した、リン酸:硫酸の体積混合比が1:4の混合
溶液中に入れ、15分間の処理を行った。この混酸処理
後のn型GaN膜の抵抗を測定したところ10キロオー
ムでドライエッチング前の値に回復した。また、混酸処
理後のn型GaN膜の液体窒素温度でのフォトルミネッ
センススペクトルを測定したところ3625Åのピーク
強度は、ドライエッチング前の強度の90%まで回復し
た。
られたn型GaN膜上にSiO2 を真空蒸着法で200
0Åを作製し、この上に通常のフォトリソグラフィーの
方法でフォトレジストのパターンを作製し、次にバッフ
ァードフッ酸でSiO2 を処理したのちアセトンでレジ
ストを取り除き、SiO2 のマスクを作製した。ここ
で、バッファードフッ酸とは、フッ化アンモニウム:フ
ッ酸=6:1(重量比)の混合物の20重量%水溶液を
いう。次に、このSiO2 マスクを形成した試料を、A
rを用いたスパッタエッチングによりドライエッチング
を行なった。ドライエッチング条件として、Arガス流
量30sccm、圧力6.8mTorr、RFパワー4
00W、基板温度は室温、エッチング時間30分で行っ
た。ドライエッチング後、SiO2 マスクを取り除いた
後の段差を測定して、n型GaNのエッチング速度を求
めたところ、450Å/分であった。前記と同じ条件で
得られたドライエッチング後のn型GaN膜を、あらか
じめ240℃に加熱した、リン酸:硫酸の体積混合比が
1:4の混合溶液中に入れ、15分間の処理を行った。
この混酸処理後のn型GaN膜の抵抗を測定したところ
10キロオームでドライエッチング前の値に回復した。
さらに、この試料に通常のフォトリソグラフィー及び真
空蒸着により1500Åの厚さのAl電極を形成した試
料を作製し、電流−電圧特性を測定した。Al電極のパ
ターンを図4に、測定結果を図5に示す。
ては実施例2と同様にしてAl電極を形成した試料を作
製し、電流−電圧特性を測定した。測定結果を図6に示
す。図5と図6を比較すると、本発明によるエッチング
ダメージの回復処理を行なった試料では、本発明によら
ない場合に比べて低い電圧でも多くの電流が流れ良好な
電極が形成できることがわかる。
製造方法は、一般式Inx Gay Al z N(ただし、x
+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)
で表される3−5族化合物半導体に対して電極等を形成
するためにドライエッチングを行なった際のエッチング
ダメージを回復させ、電流注入特性が優れた3−5族化
合物半導体用電極を提供することができる。該電極を形
成した3−5族化合物半導体を用いると、紫外もしくは
青色のLED又は紫外もしくは青色のレーザダイオード
等の発光素子の性能を高めることができるので工業的価
値が大きい。
の層構造を示す図。
ネッセンススペクトル。
ミネッセンススペクトル。
Claims (3)
- 【請求項1】一般式Inx Gay Alz N(ただし、x
+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)
で表される3−5族化合物半導体に用いる電極の製造方
法において、該3−5族化合物半導体をドライエッチン
グし、次に不活性雰囲気中で400℃以上で熱処理し、
次に電極を形成する工程を有することを特徴とする3−
5族化合物半導体用電極の製造方法。 - 【請求項2】一般式Inx Gay Alz N(ただし、x
+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)
で表される3−5族化合物半導体に用いる電極の製造方
法において、該3−5族化合物半導体をドライエッチン
グし、次にリン酸と硫酸とを含む溶液にて処理し、次に
電極を形成する工程を有することを特徴とする3−5族
化合物半導体用電極の製造方法。 - 【請求項3】ドライエッチングが、稀ガス、ハロゲン元
素を含む分子又はこれらの混合ガスを用いることを特徴
とする請求項1または2記載の3−5族化合物半導体用
電極の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15031195A JPH098356A (ja) | 1995-06-16 | 1995-06-16 | 3−5族化合物半導体用電極の製造方法 |
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---|---|---|---|
JP15031195A JPH098356A (ja) | 1995-06-16 | 1995-06-16 | 3−5族化合物半導体用電極の製造方法 |
Related Child Applications (1)
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JP2003429395A Division JP2004158867A (ja) | 2003-12-25 | 2003-12-25 | 3−5族化合物半導体用電極の電流注入特性向上方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH098356A true JPH098356A (ja) | 1997-01-10 |
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Family Applications (1)
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JP15031195A Pending JPH098356A (ja) | 1995-06-16 | 1995-06-16 | 3−5族化合物半導体用電極の製造方法 |
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CN115274961A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-11-01 | 福建兆元光电有限公司 | 一种电极金属层制作方法 |
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