JP2008218826A - 窒化物半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ドライエッチングによって形成されたメサ構造を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、窒素プラズマを含む雰囲気中で、前記ドライエッチングにより露出した面を、プラズマ処理する工程(A)を含むことを特徴とする。工程(A)の前にドライエッチングにより露出した面の清浄化を行なうアッシング工程(B)を設けてもよい。
【選択図】図2
Description
本発明においては、ドライエッチングにより露出した面をプラズマ処理する(工程(A))前に、該表面の清浄化を行なうアッシング(灰化)処理(アッシング工程(B))を行なうことが好ましい。これにより、ドライエッチング時に使用したマスク材からの離脱元素、エッチング残留物、表面酸化膜、水分等から構成される不純物層が除去され、清浄なドライエッチング面が露出されるので、下記工程(B)における窒素プラズマ処理を効率的に行なわせることが可能となる。特に、マスク材として有機物質等を用いた場合には、ドライエッチング後の不純物残渣による素子特性の低下をより効率的に防止するために、アッシング工程を行なうことが好ましい。また、用いたマスク材の種類に関わらず、量産レベルで(大量に)にドライエッチング処理を行なう場合においては、ドライエッチング後の不純物の形成状態にはバラツキがあり、当該バラツキは素子特性を大幅に劣化させる原因ともなり得るため、このようなバラツキを低減するためにもアッシング工程を設けることが好ましい。さらに、ドライエッチング面に誘電体や電極を形成する場合には、当該エッチング面の清浄化および誘電体、電極の密着強度の改善のために、アッシング工程を行なうことが好ましい。
本工程において、アッシング処理された、あるいはアッシング処理されていないドライエッチング面を、窒素プラズマを含む雰囲気中でプラズマ処理し、ダメージ層の回復を行なう。ここで、窒素プラズマを含む雰囲気とは、実質的に窒素プラズマのみからなる雰囲気であってもよく、窒素プラズマ以外のプラズマをさらに含む混合プラズマ雰囲気であってもよい。後者の場合、該混合プラズマ雰囲気は、主成分として窒素プラズマを含む雰囲気であることが好ましく、プラズマの生成のために用いられる混合ガスは、ガス流量(体積)で10%以上の割合の窒素を含むことが好ましい。窒素プラズマ以外のプラズマとしては、たとえばAr等の希ガスプラズマの他、酸素プラズマ、塩素プラズマ等を挙げることができる。
図2に示される半導体多層構造からなる半導体レーザ素子を作製した。以下、図2を参照しながら、当該半導体レーザ素子の製造方法について説明する。まず、窒化物半導体基板201をMOCVD装置内に導入し、N2とNH3をそれぞれ5L/min流しながら1050℃まで昇温した。昇温終了後、キャリアガスをN2からH2に代えて、TMGを100μmol/min、SiH4を10nmol/min導入して、図2に示すn型GaN層202を3μm成長させた。その後、TMGの流量を50μmol/minに調整し、TMAを40μmol/min導入して、n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層203を0.5μmの厚さで成長させた。Al0.1Ga0.9Nの成長が終了した後、TMAの供給を停止し、TMGを100μmol/minに調整して、n型GaN光ガイド層204を0.1μmの厚さになるように成長させた。その後、TMG、SiH4の供給を停止し、キャリアガスをH2からN2に再び代えて、700℃まで降温して、インジウム原料であるトリメチルインジウム(TMI)を10μmol/min、TMGを15μmol/min導入し、In0.01Ga0.99Nよりなる8nm厚の障壁層を成長させた。その後、TMIの供給量を50μmol/minに増加し、In0.10Ga0.90Nよりなる4nm厚の井戸層を成長させた。井戸層は合計3層、同様の手法で成長させ、井戸層と井戸層との間および両側に合計4層の障壁層が存在するような多重量子井戸(MQW)の発光層205を成長させた。MQWの成長が終了した後、TMIおよびTMGの供給を停止して、再び1050℃まで昇温して、キャリアガスを再びN2からH2に代えて、TMGを50μmol/min、TMAを30μmol/min、P型ドーピング原料であるビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム(EtCp2Mg)を10nmol/min流し、20nm厚のp型Al0.3Ga0.7Nキャリアブロック層206を成長させた。キャリアブロック層206の成長が終了した後、TMAの供給を停止し、TMGの供給量を100μmol/minに調整して、0.1μmの厚さのp型GaN光ガイド層207を成長させた。その後、TMGの供給を50μmol/minに調整し、TMAを40μmol/min導入し、0.4μm厚のp型Al0.1Ga0.9Nクラッド層208を成長させ、最後に、TMGの供給を100μmol/minに調整して、TMAの供給を停止し、0.1μm厚のp型GaNコンタクト層209の成長を行ない、発光素子構造の成長を終了した。成長が終了すると、TMGおよびEtCp2Mgの供給を停止して降温し、室温で基板をMOCVD装置より取り出した。
図3は、本実施例の窒素プラズマ処理に用いたECR(Electron Cyclotron Resonance)スパッタリング装置を模式的に示す図である。該装置は大きく分けて成膜炉300とプラズマ生成室309よりなり、成膜炉300は、ガス導入口301、ターゲット304、加熱用ヒータ305、試料台307、シャッタ310が設けられており、真空ポンプにより排気される。ターゲット304にはRF電源308が接続されている。プラズマ生成室309は、ガス導入口301、マイクロ波導入窓302、磁気コイル303よりなり、マイクロ波がマイクロ波導入窓302より導入されることにより、プラズマが生成される。ホルダーに取り付けられた、上記ドライエッチングされた半導体レーザバーを図3における試料306の位置に、エッチング面にプラズマが照射されるような向きで設置した。
下記の条件下、ガスを導入しプラズマを発生させ、シャッタ310を開いて、窒素プラズマ処理を行なった。表1に実施例1、2および比較例1、2の窒素プラズマ処理条件を示す。比較例1は、プラズマガスとしてArのみを用いた場合、比較例2は、窒素プラズマ処理を行なわなかった場合である。
測定装置:パルスI−L測定器、
測定条件:パルス幅100nsec、duty30%、電流Max300mA、光出力Max250mWでのパルス測定。
窒素プラズマ処理条件を表3に示す条件としたこと以外は、実施例1と同様にして半導体レーザ素子を作製し、得られた半導体レーザ素子の電流−光出力特性を測定した。測定結果を図5に示す。また、表3に半導体レーザ素子の特性をまとめた。なお、図5および表3に、比較のため、上記比較例2のデータを併せて示す。
窒素プラズマ処理の前に、Arプラズマによるプラズマアッシング処理を行なったこと以外は、実施例1と同様にして半導体レーザ素子を作製し、得られた半導体レーザ素子の電流−光出力特性を測定した。測定結果を図6に示す。また、表4にArプラズマによるプラズマアッシング処理および窒素プラズマ処理の条件と、半導体レーザ素子の特性をまとめた。なお、図6に、比較のため、上記比較例1および2のデータを併せて示す。Arプラズマによるプラズマアッシング処理および窒素プラズマ処理は、同一のECRスパッタリング装置を用いて、大気雰囲気に暴露させることなく連続して行なった。
Claims (14)
- ドライエッチングによって形成されたメサ構造を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、
窒素プラズマを含む雰囲気中で、前記ドライエッチングにより露出した面を、プラズマ処理する工程(A)を含むことを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。 - 前記窒化物半導体素子は、ドライエッチングによって形成された電流経路制限構造を有する窒化物半導体発光素子であることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記窒化物半導体素子は、ドライエッチングによって形成されたリッジ構造を有する窒化物半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記窒素プラズマを含む雰囲気は、実質的に窒素のみを含むガスから生成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記プラズマ処理は、前記窒化物半導体素子の基板温度が100℃以上800℃以下の条件下で行なわれることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記窒素プラズマを含む雰囲気は、窒素を含むガスから電子サイクロトロン共鳴により生成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記電子サイクロトロン共鳴におけるプラズマ生成マイクロ波パワーは、200W以上800W以下であることを特徴とする請求項6に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記プラズマ処理のプラズマ処理時間は、30秒以上20分以下であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記工程(A)の前に、前記ドライエッチングにより露出した面の清浄化を行なうアッシング工程(B)を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記工程(B)におけるアッシングは、プラズマアッシングであることを特徴とする請求項9に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記工程(B)におけるアッシングは、光励起アッシングであることを特徴とする請求項9に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記工程(B)におけるアッシングは、ウェット処理であることを特徴とする請求項9に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記プラズマアッシングは、希ガスプラズマと窒素プラズマのうち少なくとも一方を含む雰囲気中で行なわれることを特徴とする請求項10に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記希ガスは、アルゴンであることを特徴とする請求項13に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
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