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JP6724687B2 - Nanorod forming method and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Nanorod forming method and semiconductor device manufacturing method Download PDF

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JP6724687B2 JP2016187032A JP2016187032A JP6724687B2 JP 6724687 B2 JP6724687 B2 JP 6724687B2 JP 2016187032 A JP2016187032 A JP 2016187032A JP 2016187032 A JP2016187032 A JP 2016187032A JP 6724687 B2 JP6724687 B2 JP 6724687B2
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Description

本発明は、ナノロッドの形成方法及び半導体素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for forming a nanorod and a method for manufacturing a semiconductor device.

電子デバイスや光デバイス等の半導体素子の分野では、窒化物半導体等の半導体材料の開発及び製造技術の進歩により、優れた素子が実現されてきた。近年では、例えば、100nm以下の径又は幅のナノロッドを利用して量子閉じ込め効果及び歪緩和効果により内部量子効率を向上させて、さらなる小型化、高効率化を図る努力がされている。 In the field of semiconductor elements such as electronic devices and optical devices, excellent elements have been realized by the development of semiconductor materials such as nitride semiconductors and the progress of manufacturing technology. In recent years, for example, efforts have been made to further reduce the size and increase the efficiency by improving the internal quantum efficiency by utilizing the quantum confinement effect and the strain relaxation effect by utilizing nanorods having a diameter or width of 100 nm or less.

このナノロッドを形成する方法として、大別すると、結晶成長によるボトムアップ型と、エッチングによるトップダウン型がある。特許文献1には、GaNからなるナノロッドを形成するボトムアップ型のナノロッド形成方法が開示されている。この特許文献1のナノロッド形成方法は、温度、圧力及びGaとNの前駆体の流量等の結晶成長条件を調整することにより横方向の成長を抑えてGaNを上方向に成長させるものである。また、特許文献2には、窒化物半導体からなるナノロッドを形成するトップダウン型のナノロッド形成方法が開示されている。特許文献2のナノロッド形成方法は、窒化物半導体層の上にマスクを島状に形成して、そのマスクの間の窒化物半導体を除去することにより、窒化物半導体からなるナノロッドを形成する方法である。特許文献2のナノロッド形成方法において、窒化物半導体のマスクは、ニッケルと酸化ケイ素の2層構造となっている。 Methods for forming the nanorods are roughly classified into a bottom-up type by crystal growth and a top-down type by etching. Patent Document 1 discloses a bottom-up type nanorod forming method for forming a nanorod made of GaN. The method for forming nanorods in Patent Document 1 is to grow GaN upward while suppressing lateral growth by adjusting crystal growth conditions such as temperature, pressure, and flow rates of Ga and N precursors. Further, Patent Document 2 discloses a top-down type nanorod forming method for forming a nanorod made of a nitride semiconductor. The method for forming nanorods of Patent Document 2 is a method of forming a nanorod made of a nitride semiconductor by forming a mask on the nitride semiconductor layer in an island shape and removing the nitride semiconductor between the masks. is there. In the method of forming nanorods of Patent Document 2, the nitride semiconductor mask has a two-layer structure of nickel and silicon oxide.

特表2008−544567Special table 2008-544567 特表2014−509075Special table 2014-509075

しかしながら、結晶成長によるボトムアップ型の方法は、結晶成長条件の設定の変動又はバラツキにより形成されるナノロッドの形状が安定しないという問題がある。
また、結晶成長によるボトムアップ型の方法は、形状の制御が困難であるため、量産化が困難である。
However, the bottom-up method using crystal growth has a problem that the shape of the nanorods formed is not stable due to fluctuations or variations in the setting of crystal growth conditions.
Further, the bottom-up type method by crystal growth is difficult to mass-produce because it is difficult to control the shape.

また、エッチングによるトップダウン型の方法としては、例えば特許文献2に記載されているように、ナノロッド形状に対応するマスクパターンを例えば2層に形成する方法がある。この方法では、第1マスクを微小サイズにパターニングするために、アニーリングによって微小サイズに自動形成される金属層を第2マスクとして用いている。しかし、このような方法では、アニール、エッチング、マスク除去などの工程数が多くなり安価に製造することができないという問題がある。
また、特許文献2に記載されているナノロッドの大きさは直径100〜1000nmであり、直径の小さいナノロッドの形成が容易ではないという問題がある。
As a top-down method by etching, for example, as described in Patent Document 2, there is a method of forming a mask pattern corresponding to a nanorod shape in, for example, two layers. In this method, in order to pattern the first mask in a minute size, a metal layer which is automatically formed in a minute size by annealing is used as the second mask. However, such a method has a problem that the number of steps such as annealing, etching, and mask removal is large, so that it cannot be manufactured at low cost.
Further, the size of the nanorods described in Patent Document 2 is 100 to 1000 nm in diameter, and there is a problem that it is not easy to form nanorods having a small diameter.

そこで、本発明は、簡単な工程で形状制御してナノロッドを形成することができるナノロッドの形成方法とそのナノロッドの形成方法を用いた半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a nanorod forming method capable of forming a nanorod by controlling the shape in a simple process, and a semiconductor element manufacturing method using the nanorod forming method.

本発明に係るナノロッドの形成方法は、反応ガスを用いたドライエッチングにより半導体のナノロッドを形成する方法であって、チャンバー内において、ドライエッチング時における前記反応ガスとの化学反応によるエッチングレートが前記半導体より低い材料からなるマスク用材料と、前記半導体を含む基体とをチャンバー内にセットする準備ステップと、エッチングにより飛散したマスク用材料が所定のドット密度及び所定のドット寸法で前記半導体の表面に付着するようにチャンバー内の圧力を所定の範囲に設定することにより、それぞれ前記マスク用材料を含む複数のドットマスクを前記半導体の表面に形成し、前記ドットマスクから露出した半導体をドライエッチングにより除去するドライエッチングステップと、を含む。 The method for forming nanorods according to the present invention is a method for forming semiconductor nanorods by dry etching using a reaction gas, wherein the etching rate by the chemical reaction with the reaction gas during dry etching is the semiconductor A preparatory step of setting a mask material made of a lower material and a substrate containing the semiconductor in a chamber, and the mask material scattered by etching adheres to the surface of the semiconductor with a predetermined dot density and a predetermined dot size. By setting the pressure in the chamber within a predetermined range as described above, a plurality of dot masks each containing the mask material are formed on the surface of the semiconductor, and the semiconductor exposed from the dot mask is removed by dry etching. A dry etching step.

本発明に係るナノロッドの形成方法によれば、簡単な工程で形状制御してナノロッドを形成することができる。 According to the method for forming nanorods of the present invention, it is possible to form the nanorods by controlling the shape in a simple process.

本発明に係る実施形態1の半導体ナノロッド形成方法を実施するドライエッチング装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the dry etching apparatus which enforces the semiconductor nanorod formation method of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施形態3の半導体素子の模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor element of Embodiment 3 according to the present invention. 図2の一部を拡大して示す模式的な断面図である。It is a typical sectional view which expands and shows a part of Drawing 2. 実施形態3の半導体素子において、ナノロッドを含む活性層を形成する工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a step of forming an active layer including nanorods in the semiconductor device of Embodiment 3. 本発明に係る実施形態4の半導体素子の模式的な断面図である。It is a schematic cross section of a semiconductor device of embodiment 4 concerning the present invention. 実施形態3の半導体素子において、n側半導体ロッド部、活性層ロッド部及びp側半導体ロッド部を含むナノロッドを備えた活性層を形成する工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a step of forming an active layer including nanorods including an n-side semiconductor rod portion, an active layer rod portion and a p-side semiconductor rod portion in the semiconductor device of Embodiment 3; 本発明に係る実施形態4の半導体素子の模式的な断面図である。It is a schematic cross section of a semiconductor device of embodiment 4 concerning the present invention. ドライエッチング時の圧力を4Paに設定して形成した実施例1のナノロッドの写真である。3 is a photograph of the nanorods of Example 1 formed by setting the pressure during dry etching to 4 Pa. ドライエッチング時の圧力を8Paに設定して形成した実施例3のナノロッドの写真である。9 is a photograph of the nanorods of Example 3 formed by setting the pressure during dry etching to 8 Pa. ドライエッチング時の圧力を1Paに設定して形成した実施例4のナノロッドの写真である。9 is a photograph of the nanorods of Example 4 formed by setting the pressure during dry etching to 1 Pa. GaN基板の−C面上に形成した実施例5のナノロッドの写真である。7 is a photograph of the nanorods of Example 5 formed on the -C plane of the GaN substrate. 半導体ウェハを石英からなるウエハテーブル上にセットしてナノロッドの形成を試みた比較例1の写真である。5 is a photograph of Comparative Example 1 in which a semiconductor wafer is set on a wafer table made of quartz and formation of nanorods is tried. 実施例2のナノロッドについて、硝酸洗浄前後のPL強度を示すグラフである。5 is a graph showing PL intensities before and after washing with nitric acid for the nanorods of Example 2.

本願発明者は、所定のドライエッチング条件により、一連のドライエッチング工程のなかで半導体の上にマスクを形成してそのマスクを用いて半導体をエッチングすることが可能であることを見いだした。そしてさらに本願発明者は、鋭意検討した結果、ドライエッチング時の条件、特に圧力を変更すると、その圧力値に応じてナノロッドの形状が変更でき、さらにはナノロッドの形成密度が変化することを見いだした。 The inventor of the present application has found that it is possible to form a mask on a semiconductor in a series of dry etching steps under a predetermined dry etching condition and etch the semiconductor using the mask. Further, as a result of diligent studies, the inventors of the present application have found that when the conditions during dry etching, particularly the pressure is changed, the shape of the nanorods can be changed according to the pressure value, and further the formation density of the nanorods changes. ..

以上のような現象が生じる理由は、以下のように考えられる。
まず、ある特定の条件下において、ドライエッチングの初期の段階では、半導体表面の温度が低い等により反応ガスと半導体との化学反応が抑えられている。これにより、ドライエッチングの初期の段階では、化学反応に基づくエッチングレートが低くなっており、反応ガスと半導体との化学反応による反応生成物が少なくなっている。他方、ドライエッチングの初期の段階では、反応生成物等の飛散物が少なくなっていることにより、プラズマ中の反応ガスの粒子と飛散物との衝突回数が少なくなり、反応ガスの粒子の平均自由行程が長くなる。これにより、プラズマ中の反応ガスが高い運動エネルギーを保持した状態で半導体及びマスク用材料に照射され、物理的なエッチングが進行する。したがって、ドライエッチングの初期の段階では、物理的なエッチングが比較的活発になり、物理的なエッチングにより飛散したマスク用材料が半導体表面に付着してマスクが形成される。
The reason why the above phenomenon occurs is considered as follows.
First, under certain specific conditions, in the initial stage of dry etching, the chemical reaction between the reaction gas and the semiconductor is suppressed because the temperature of the semiconductor surface is low. As a result, in the initial stage of dry etching, the etching rate based on the chemical reaction is low, and the reaction products due to the chemical reaction between the reaction gas and the semiconductor are small. On the other hand, at the initial stage of dry etching, the number of collisions between the reaction gas particles in the plasma and the scattering objects is reduced due to the decrease in the scattering products such as reaction products, and the average freeness of the reaction gas particles is reduced. The journey becomes longer. As a result, the reaction gas in the plasma irradiates the semiconductor and the mask material while maintaining high kinetic energy, and physical etching proceeds. Therefore, in the initial stage of dry etching, physical etching becomes relatively active, and the mask material scattered by the physical etching adheres to the semiconductor surface to form a mask.

エッチングが進むにしたがって、反応ガスと半導体との化学反応に伴う発熱等により半導体の温度が上昇して、反応ガスと半導体との化学反応によるエッチングレートが高くなるとともに化学反応に伴う反応生成物等の飛散物が増加する。一方、反応生成物等の飛散物が増加すると、反応ガスの粒子と飛散物との衝突回数が増加して反応ガスの粒子の平均自由行程が短くなり、物理的なエッチングレートが低くなる。したがって、この段階では、反応ガスと半導体との化学反応によるエッチングが支配的になり、半導体表面に付着したマスク用材料がマスクとなって、マスクの下を除く半導体が除去されてナノロッドが形成される。 As the etching progresses, the temperature of the semiconductor rises due to the heat generated by the chemical reaction between the reaction gas and the semiconductor, and the etching rate due to the chemical reaction between the reaction gas and the semiconductor increases, as well as the reaction products associated with the chemical reaction. The amount of scattered material increases. On the other hand, when the amount of scattered products such as reaction products increases, the number of collisions between the particles of the reaction gas and the scattered particles increases, the mean free path of the particles of the reaction gas shortens, and the physical etching rate decreases. Therefore, at this stage, the etching due to the chemical reaction between the reaction gas and the semiconductor becomes dominant, and the mask material adhering to the semiconductor surface serves as a mask to remove the semiconductor except under the mask to form nanorods. It

以上の考察によれば、半導体表面にマスク用材料をナノサイズのマスクとしてドット状に付着させるために、マスク用材料としては、物理的なエッチングにより、例えば、10nm〜200nmの大きさで粒として飛散する材料であると良い。その一方で、半導体が反応ガスにより化学反応に基づいてドライエッチングされる際に、マスクとして機能する必要がある。そのために、マスク用材料としては、反応ガスとの化学反応に基づくエッチングレートが半導体よりも低いことが必要である。例えばエッチング完了後にマスクが半導体表面に残存しているような、反応ガスによる化学反応が実質的に起きない材料がより適している。 According to the above consideration, in order to attach the masking material to the semiconductor surface in a dot shape as a nano-sized mask, the masking material is formed by physical etching into particles with a size of, for example, 10 nm to 200 nm. A material that scatters is good. On the other hand, it is necessary to function as a mask when the semiconductor is dry-etched by the reaction gas based on a chemical reaction. Therefore, the material for the mask needs to have an etching rate lower than that of the semiconductor based on the chemical reaction with the reaction gas. A material in which a chemical reaction by a reactive gas does not substantially occur, such as a mask remaining on the semiconductor surface after etching is more suitable.

本発明は、以上のような本発明者が独自に得た知見に基づいてなされたものであり、以下の形態を含む。 The present invention has been made based on the above-mentioned findings uniquely obtained by the present inventor, and includes the following modes.

実施形態1.
本発明に係る実施形態1の半導体ナノロッド形成方法は、初期設定されたドライエッチング条件を途中で変更することなく、ドライエッチング工程中でドット状のマスク(ドットマスク)を形成し、そのマスクを用いて半導体層をエッチングして、ナノロッドを形成する方法である。本実施形態1の半導体ナノロッド形成方法は、図1に模式的に示す一般的なドライエッチング装置を用いて実施することができ、しかもマスクを別途形成する必要もないので、半導体のナノロッドを安価かつ容易に形成することができる。
尚、図1のドライエッチング装置10は、内部に上部電極13,下部電極15及びウエハテーブル17が設けられたチャンバー12と、高周波電源19とを備えており、ウエハテーブル17の上に基体11が載置される。
Embodiment 1.
The method for forming a semiconductor nanorod according to the first embodiment of the present invention forms a dot-shaped mask (dot mask) in the dry etching process without changing the initially set dry etching condition, and uses the mask. The semiconductor layer is etched to form nanorods. The method for forming a semiconductor nanorod according to the first embodiment can be performed using a general dry etching apparatus schematically shown in FIG. 1, and since it is not necessary to separately form a mask, the semiconductor nanorod can be manufactured at a low cost. It can be easily formed.
The dry etching apparatus 10 shown in FIG. 1 includes a chamber 12 in which an upper electrode 13, a lower electrode 15 and a wafer table 17 are provided, and a high frequency power source 19. The substrate 11 is placed on the wafer table 17. Placed.

以下、実施形態1の半導体ナノロッド形成方法について詳細に説明する。
実施形態1の半導体ナノロッド形成方法は、以下のステップを含む。
Hereinafter, the method for forming the semiconductor nanorods according to the first embodiment will be described in detail.
The method for forming semiconductor nanorods according to the first embodiment includes the following steps.

準備ステップ
ここでは、マスク用材料と、エッチング後にナノロッドとなる半導体(半導体層)を含む基体とをチャンバー内にセットする。ここで、マスク用材料としては、物理的なエッチングが可能で、ドライエッチング時における反応ガスとの化学反応によるエッチングレートが前記半導体より低い材料が選択される。好ましくは、マスク用材料として、半導体材料のドライエッチングに一般的に使用される反応ガスとほとんど化学反応しない材料が選択される。半導体材料のドライエッチングに使用される反応ガスとほとんど化学反応しない材料としては、イットリア及びジルコニアが挙げられる。マスク用材料は、基体を載置するウエハテーブル17上の基体の周りに載置しても良いし、ウエハテーブル17そのものをマスク用材料により構成してもよい。すなわち、ウエハテーブル17のようなトレイをマスク用材料の供給源としてもよい。これにより、ドライエッチング装置のチャンバー内に別途マスク用材料を配置する必要がなくなる。
Preparation Step Here, a mask material and a base body including a semiconductor (semiconductor layer) that becomes nanorods after etching are set in a chamber. Here, as the material for the mask, a material that can be physically etched and has an etching rate lower than that of the semiconductor by a chemical reaction with a reaction gas during dry etching is selected. It is preferable to select a material for the mask that hardly chemically reacts with a reaction gas generally used for dry etching of semiconductor materials. Materials that hardly chemically react with the reaction gas used for dry etching of semiconductor materials include yttria and zirconia. The mask material may be mounted around the base on the wafer table 17 on which the base is mounted, or the wafer table 17 itself may be made of the mask material. That is, a tray such as the wafer table 17 may be used as the supply source of the mask material. This eliminates the need to separately arrange the mask material in the chamber of the dry etching apparatus.

半導体層の材料としては、Si、GeなどのIV族半導体、窒化物半導体、ガリウムヒ素系半導体及びガリウムリン系半導体などのIII−V族半導体等、種々の半導体を使用することができる。例えば、半導体層として、GaN、AlGaN、又は、InGaNのいずれか1以上の半導体層を用いる。このような半導体層は、例えば反応ガスとしてClガスやSiClガスのような塩素系ガスを用いることで、イットリア及びジルコニアよりもドライエッチングのエッチングレートを増大させることができる。 As the material of the semiconductor layer, various semiconductors such as group IV semiconductors such as Si and Ge, nitride semiconductors, group III-V semiconductors such as gallium arsenide-based semiconductors and gallium phosphide-based semiconductors can be used. For example, as the semiconductor layer, one or more semiconductor layers of GaN, AlGaN, or InGaN are used. In such a semiconductor layer, by using a chlorine-based gas such as Cl 2 gas or SiCl 4 gas as a reaction gas, the etching rate of dry etching can be increased more than that of yttria and zirconia.

ドライエッチングステップ
マスク用材料と半導体層を含む基体とがセットされたチャンバー内において、半導体層を構成する半導体のドライエッチング(反応性イオンエッチング)に適した反応ガスを用いてドライエッチングを行う。また、エッチング条件は、エッチングの初期段階で、エッチングにより飛散したマスク用材料が所定のドット密度及び所定のドット寸法で半導体層の表面に付着するように設定する。マスク用材料を所定のドット密度及び所定のドット寸法で半導体層の表面に付着させるためには、チャンバー内の圧力が特に重要なパラメータである。例えば、圧力以外のパラメータをある範囲内の値に設定し、チャンバー内の圧力を調整することにより、マスク用材料を所望のドット密度及び所望のドット寸法で半導体層の表面に付着させることができる。
Dry etching In a chamber in which a mask material and a substrate including a semiconductor layer are set, dry etching is performed using a reaction gas suitable for dry etching (reactive ion etching) of a semiconductor forming a semiconductor layer. The etching conditions are set so that the mask material scattered by the etching adheres to the surface of the semiconductor layer at a predetermined dot density and a predetermined dot size in the initial stage of the etching. The pressure in the chamber is a particularly important parameter for depositing the mask material on the surface of the semiconductor layer with a predetermined dot density and a predetermined dot size. For example, by setting the parameters other than the pressure to a value within a certain range and adjusting the pressure in the chamber, the mask material can be attached to the surface of the semiconductor layer with a desired dot density and a desired dot size. ..

例えば、チャンバー12内の圧力を低くすると飛散するマスク材料粒子の寸法が大きくなる傾向にある。したがって、比較的大きい径のマスクを形成、すなわち形成するナノロッドの径を大きくしたい場合には、チャンバー12内の圧力を低くする。逆に、比較的小さい径のマスクを形成、すなわち形成するナノロッドの径を小さくしたい場合には、チャンバー12内の圧力を高くすればよい。また、チャンバー12内の圧力を低くすると飛散するマスク材料粒子の数が減少し、半導体層上に形成されるマスクの密度が低くなる傾向にある。このようなチャンバー12内の圧力と、飛散するマスク材料粒子の寸法及び飛散するマスク材料粒子の数との関係を考慮して、マスク用材料を所望のドット密度及び所望のドット寸法で半導体層の表面に付着させるようにチャンバー12内の圧力を設定する。 For example, when the pressure in the chamber 12 is lowered, the size of the scattered mask material particles tends to increase. Therefore, in order to form a mask having a relatively large diameter, that is, to increase the diameter of the nanorods to be formed, the pressure inside the chamber 12 is lowered. On the contrary, in order to form a mask having a relatively small diameter, that is, to reduce the diameter of the nanorod to be formed, the pressure in the chamber 12 may be increased. Further, when the pressure in the chamber 12 is lowered, the number of scattered mask material particles is reduced, and the density of the mask formed on the semiconductor layer tends to be lowered. Considering the relationship between the pressure in the chamber 12 and the size of the scattered mask material particles and the number of scattered mask material particles, the mask material is applied to the semiconductor layer with a desired dot density and a desired dot size. The pressure in the chamber 12 is set so that it adheres to the surface.

尚、チャンバー12内の圧力は、例えば、0.5〜20Paの範囲、好ましくは、1Paより大きく且つ10Pa以下の範囲に設定する。 The pressure in the chamber 12 is set, for example, in the range of 0.5 to 20 Pa, preferably in the range of more than 1 Pa and 10 Pa or less.

また、チャンバー12内の圧力の設定だけでは、マスク用材料を所望のドット密度及び所望のドット寸法で半導体層の表面に付着させることが比較的難しい場合がある。この場合には、圧力に加え、例えば、出力、反応ガスの流量などの他のパラメータを変更することにより、マスク用材料を所望のドット密度及び所望のドット寸法で半導体層の表面に付着させることができる。
例えば、出力を増大させると、飛散するマスク材料粒子の寸法を小さくすることができる。これは、出力を増大させることにより反応ガスの粒子の運動エネルギーが高められ、そしてこのような反応ガスの粒子がマスク材料粒子と衝突するためである。
例えば、反応ガスの流量を低下させると、半導体層の表面に堆積マスク材料粒子の数を増加させることができる。これは、反応ガスの流量を低下させることにより半導体層の周囲におけるマスク材料粒子の流れが遅くなり、半導体層の表面に堆積しやすくなるためである。
Further, it may be relatively difficult to adhere the mask material to the surface of the semiconductor layer with a desired dot density and a desired dot size only by setting the pressure in the chamber 12. In this case, in addition to the pressure, the mask material is attached to the surface of the semiconductor layer with a desired dot density and a desired dot size by changing other parameters such as the output and the flow rate of the reaction gas. You can
For example, increasing the power can reduce the size of the scattering mask material particles. This is because increasing the power enhances the kinetic energy of the particles of the reaction gas, and such particles of the reaction gas collide with the mask material particles.
For example, reducing the flow rate of the reactive gas can increase the number of deposited mask material particles on the surface of the semiconductor layer. This is because the flow rate of the reaction gas is reduced and the flow of the mask material particles around the semiconductor layer slows down, and the particles of the mask material easily deposit on the surface of the semiconductor layer.

ドライエッチング条件は、例えば、
出力:10〜1000W、
圧力:0.5〜20Pa、
反応ガス流量:1〜200sccm、
の範囲に設定し、
好ましくは、
出力:50〜500W、
圧力:3〜5Pa、
反応ガス流量:5〜120sccm
の範囲に設定する。
The dry etching conditions are, for example,
Output: 10~1000W,
Pressure: 0.5-20Pa,
Reaction gas flow rate: 1 to 200 sccm,
To the range of
Preferably,
Output: 50~500W,
Pressure: 3-5Pa,
Reaction gas flow rate: 5 to 120 sccm
Set to the range.

また、反応ガスとして、Cl及びSiClの混合ガスを用いて窒化物半導体のナノロッドを形成する場合、例えば、
Cl流量:1〜50sccm、
SiCl流量:10〜140sccm、
の範囲に設定し、
好ましくは、
Cl流量:5〜20sccm、
SiCl流量:30〜100sccm
の範囲に設定する。
In addition, when the nitride semiconductor nanorods are formed using a mixed gas of Cl 2 and SiCl 4 as a reaction gas, for example,
Cl 2 flow rate: 1 to 50 sccm,
SiCl 4 flow rate: 10 to 140 sccm,
To the range of
Preferably,
Cl 2 flow rate: 5 to 20 sccm,
SiCl 4 flow rate: 30 to 100 sccm
Set to the range.

エッチング時間については、ナノロッドが所望の高さになるように設定する。
反応ガスとして、Cl及びSiClの混合ガスを用いて窒化物半導体のナノロッドを形成する場合、例えば、出力:230W、圧力:4Pa、Cl流量:10sccm、SiCl流量:70sccmとするとエッチングレート:43nm/minとなる。反応ガスとしてCl及びSiClの混合ガスを用いることにより、Clを用いる場合と比較して、窒化物半導体のエッチングレートを増大させることができる。これにより、小さなバイアス電力によってエッチングが可能となるため、窒化物半導体へのプラズマダメージを小さくすることができる。
また、例えば、径が50nm〜300nmのナノロッドを形成したい場合には、例えば、チャンバー12内の圧力を、2Pa〜4Paに設定する。
The etching time is set so that the nanorods have a desired height.
When a nitride semiconductor nanorod is formed using a mixed gas of Cl 2 and SiCl 4 as a reaction gas, for example, when the output is 230 W, the pressure is 4 Pa, the Cl 2 flow rate is 10 sccm, and the SiCl 4 flow rate is 70 sccm, the etching rate is set. : 43 nm/min. By using a mixed gas of Cl 2 and SiCl 4 as the reaction gas, the etching rate of the nitride semiconductor can be increased as compared with the case of using Cl 2 . As a result, etching can be performed with a small bias power, so that plasma damage to the nitride semiconductor can be reduced.
Further, for example, when it is desired to form nanorods having a diameter of 50 nm to 300 nm, the pressure inside the chamber 12 is set to 2 Pa to 4 Pa, for example.

マスク除去ステップ
ドライエッチング終了後、マスクを除去する。ここでは、例えば、硝酸等の無機強酸液によりマスクを除去する。例えば、マスク材料としてイットリアを用いた場合には、硝酸によりマスクを除去することができ、マスク材料としてジルコニアを用いた場合には、硫酸によりマスクを除去することができる。
Mask removal step After completion of dry etching, the mask is removed. Here, for example, the mask is removed with an inorganic strong acid solution such as nitric acid. For example, when yttria is used as the mask material, nitric acid can remove the mask, and when zirconia is used as the mask material, sulfuric acid can remove the mask.

実施形態1のナノロッド形成方法では、エッチング条件を変更することなくドライエッチングを継続すると、前述したように、物理的なエッチングが活発であった初期段階から、化学反応に基づくエッチングが支配的な段階に自律的に移行する。移行後は、マスクが形成された半導体層のドライエッチングが進行する。この段階では、主として、エッチングにより形成されるナノロッドの立体的形状がエッチング条件により決定される。例えば、高圧力、すなわち低真空であると、サイドエッチングが進み、柱形状になる。圧力が低くなると、すなわち高真空であると、サイドエッチングが抑制されて錐形状のナノロッドが形成される。 In the nanorod forming method of the first embodiment, when dry etching is continued without changing the etching conditions, as described above, from the initial stage where physical etching was active, to the stage where etching based on a chemical reaction is dominant. To autonomously transition to. After the transfer, dry etching of the semiconductor layer on which the mask is formed proceeds. At this stage, the three-dimensional shape of the nanorods formed by etching is mainly determined by the etching conditions. For example, when the pressure is high, that is, low vacuum, side etching progresses to form a columnar shape. When the pressure is low, that is, when the pressure is high, side etching is suppressed and the pyramidal nanorods are formed.

実施形態1のナノロッド形成方法において、ドライエッチング条件は、例えば、選択した半導体材料、マスク用材料及び反応ガスについて、予め作成された、チャンバー12内の圧力と最終的に形成されるナノロッドの形状及び密度とを関係付けたデータベースに基づいて設定することができる。このデータベースは、例えば、チャンバー12内の圧力以外の条件を固定して、チャンバー12内の圧力を順次変化させてそれぞれ圧力でドライエッチングしたときのナノロッドの形状及び密度を評価して作成する。このデータベースは、チャンバー12内の圧力以外の条件を順次変更して、それぞれの条件ごとに、チャンバー12内の圧力を順次変化させてそれぞれ圧力におけるナノロッドの形状及び密度を評価して作成してもよい。 In the nanorod forming method of the first embodiment, the dry etching conditions are, for example, the pressure in the chamber 12 and the shape of the finally formed nanorods, which are created in advance for the selected semiconductor material, mask material and reaction gas. It can be set based on a database associated with density. This database is created by, for example, fixing the conditions other than the pressure in the chamber 12, sequentially changing the pressure in the chamber 12, and evaluating the shape and density of the nanorods when dry etching is performed at each pressure. This database is created by sequentially changing conditions other than the pressure in the chamber 12 and sequentially changing the pressure in the chamber 12 for each condition to evaluate the shape and density of the nanorods at each pressure. Good.

以上の実施形態1のナノロッド形成方法は、半導体層を含む基体とマスク用材料をチャンバー内にセットして、所望の形状と密度になるようにドライエッチング条件を初期設定して、主としてマスクが形成される初期段階から主として半導体がドライエッチングされる段階に自律的に変化させることにより、ナノロッドを形成している。
したがって、実施形態1のナノロッド形成方法によれば、簡単な工程で形状制御してナノロッドを形成することができる。
In the method for forming nanorods according to the first embodiment described above, the substrate including the semiconductor layer and the mask material are set in the chamber, the dry etching conditions are initially set so that the desired shape and density are obtained, and the mask is mainly formed. Nanorods are formed by autonomously changing from the initial stage to the stage where the semiconductor is mainly dry-etched.
Therefore, according to the nanorod forming method of the first embodiment, it is possible to form the nanorods by controlling the shape in a simple process.

実施形態2.
上述した実施形態1のナノロッド形成方法では、初期設定されたドライエッチング条件を途中で変更することなく、ドライエッチング工程中でマスク形成し、そのマスクを用いて半導体層をエッチングして、ナノロッドを形成することを述べた。
これに対して、実施形態2のナノロッド形成方法では、マスクが形成される初期段階と、マスクが形成された後の半導体層をドライエッチングされる段階とでドライエッチング条件を変更する点が実施形態1とは異なっている。この点を除いて実施形態2のナノロッド形成方法は実施形態1のナノロッド形成方法と同様に構成される。
Embodiment 2.
In the method for forming nanorods according to the first embodiment described above, a mask is formed in the dry etching process without changing the initially set dry etching conditions, and the semiconductor layer is etched using the mask to form nanorods. Said to do.
On the other hand, in the nanorod forming method according to the second embodiment, the dry etching condition is changed between the initial stage of forming the mask and the stage of dry etching the semiconductor layer after the mask is formed. Different from 1. Except for this point, the nanorod forming method of the second embodiment has the same configuration as the nanorod forming method of the first embodiment.

以上のように構成された実施形態2のナノロッド形成方法によれば、より多様な要求に応えて所望のナノロッドを形成することが可能になる。
例えば、上述したように、比較的大きい径のマスクを形成、すなわち形成するナノロッドの径を大きくしたい場合には、チャンバー12内の圧力を低くする必要がある。一方、低圧力、すなわち高真空であると、サイドエッチングが抑制され、錐形状になる傾向がある。したがって、実施形態1のナノロッド形成方法により、径の大きい柱形状のナノロッドを形成することは必ずしも容易ではない。しかしながら、実施形態2のナノロッド形成方法によれば、マスクが形成される初期段階とマスクが形成された後の半導体層をドライエッチングされる段階とのドライエッチング条件を変更する。これにより、例えば、径の大きい柱形状のナノロッドを容易に形成することができる。例えば、チャンバー12内の圧力を低くして大きい径のマスクを形成し、その後、チャンバー12内の圧力を高くして、半導体層を柱形状にエッチングすればよい。
According to the nanorod forming method of the second embodiment configured as described above, it becomes possible to form a desired nanorod in response to more diverse requirements.
For example, as described above, when it is desired to form a mask having a relatively large diameter, that is, to increase the diameter of the nanorods to be formed, it is necessary to reduce the pressure inside the chamber 12. On the other hand, when the pressure is low, that is, high vacuum, side etching is suppressed and the shape tends to be conical. Therefore, it is not always easy to form pillar-shaped nanorods having a large diameter by the nanorod forming method of the first embodiment. However, according to the nanorod forming method of the second embodiment, the dry etching conditions are changed between the initial stage of forming the mask and the stage of dry etching the semiconductor layer after the mask is formed. Thereby, for example, a pillar-shaped nanorod having a large diameter can be easily formed. For example, the pressure in the chamber 12 may be reduced to form a mask having a large diameter, and then the pressure in the chamber 12 may be increased to etch the semiconductor layer into a pillar shape.

実施形態2のナノロッド形成方法では、マスクが形成される初期段階のエッチング条件は、例えば、選択した半導体材料、マスク用材料及び反応ガスについて、予め作成された、チャンバー12内の圧力と飛散したマスク用材料が半導体表面に形成するマスクの大きさと分布密度とを関係付けたデータベースに基づいて設定することができる。このデータベースは、例えば、チャンバー12内の圧力以外の条件を固定して、チャンバー12内の圧力を順次変化させてそれぞれ圧力でエッチングしたときの飛散したマスク用材料が半導体表面に形成するマスクの大きさと分布密度とを評価して作成する。このデータベースは、チャンバー12内の圧力以外の条件を順次変更して、それぞれの条件ごとに、チャンバー12内の圧力を順次変化させてそれぞれ圧力におけるマスク用材料が半導体表面に形成するマスクの大きさと分布密度とを評価して作成してもよい。 In the nanorod forming method according to the second embodiment, the etching conditions at the initial stage of forming the mask are, for example, the pressure in the chamber 12 and the mask scattered in advance for the selected semiconductor material, mask material and reaction gas. It can be set based on a database in which the size and distribution density of the mask formed by the working material on the semiconductor surface are related. This database, for example, fixes the conditions other than the pressure inside the chamber 12, changes the pressure inside the chamber 12 sequentially, and the size of the mask formed on the semiconductor surface by the scattered mask material when etching is performed at each pressure. And distribution density are evaluated and created. In this database, conditions other than the pressure in the chamber 12 are sequentially changed, the pressure in the chamber 12 is sequentially changed for each condition, and the size of the mask formed on the semiconductor surface by the mask material at each pressure is determined. It may be created by evaluating the distribution density.

また、マスクが形成された後、半導体層をドライエッチングされる段階でドライエッチング条件は、選択した半導体材料、マスク用材料及び反応ガスについて、予め作成された、チャンバー12内の圧力と、異方性エッチング度(深さ方向のエッチングとサイドエッチングの比)とを関係付けたデータベースに基づいて設定することができる。このデータベースは、例えば、チャンバー12内の圧力以外の条件を固定して、チャンバー12内の圧力を順次変化させてそれぞれ圧力で異方性エッチング度を評価して作成する。このデータベースについても、チャンバー12内の圧力以外の条件を順次変更して、それぞれの条件ごとに、チャンバー12内の圧力を順次変化させてそれぞれ圧力における異方性エッチング度を評価して作成してもよい。 In addition, after the mask is formed, when the semiconductor layer is dry-etched, the dry etching conditions are anisotropic with respect to the pressure in the chamber 12 which is created in advance for the selected semiconductor material, mask material and reaction gas. It can be set on the basis of a database in which a specific etching degree (ratio of etching in the depth direction and side etching) is associated. This database is created, for example, by fixing the conditions other than the pressure in the chamber 12 and sequentially changing the pressure in the chamber 12 and evaluating the anisotropic etching degree at each pressure. This database is also created by sequentially changing the conditions other than the pressure in the chamber 12 and sequentially changing the pressure in the chamber 12 for each condition to evaluate the anisotropic etching degree at each pressure. Good.

以上説明した実施形態2のナノロッド形成方法は、マスクが形成されるエッチングの初期段階におけるチャンバー内の圧力と、そのマスクを用いて半導体層をエッチングするときのチャンバー内の圧力とを変更しているので、より容易に所望の形状のナノロッドを所望の密度に形成することができる。 In the nanorod forming method of the second embodiment described above, the pressure in the chamber at the initial stage of etching for forming the mask and the pressure in the chamber when the semiconductor layer is etched using the mask are changed. Therefore, nanorods having a desired shape can be more easily formed to have a desired density.

以上の実施形態2のナノロッド形成方法では、マスクが形成される初期段階におけるチャンバー内の圧力とそのマスクを用いて半導体層をエッチングするときのチャンバー内の圧力とを変更するとともにまたはチャンバー内の圧力を変更することなく、マスクが形成される初期段階におけるチャンバー内の圧力以外のエッチング条件と、そのマスクを用いて半導体層をエッチングするときのチャンバー内の圧力以外のドライエッチング条件を、変更してもよい。 In the method for forming nanorods according to the second embodiment described above, the pressure in the chamber at the initial stage of forming the mask and the pressure in the chamber when the semiconductor layer is etched using the mask are changed or the pressure in the chamber is changed. Without changing the etching conditions other than the pressure in the chamber in the initial stage of forming the mask and the dry etching conditions other than the pressure in the chamber when the semiconductor layer is etched using the mask. Good.

実施形態3.
図2は、本発明に係る実施形態3の方法を用いて製造される半導体素子20の模式的な断面図である。図3は、図2の一部を拡大して示す模式的な断面図である。半導体素子20は、例えば、レーザ素子であり、下面にn電極24が形成されたn側半導体層21と、上面にp電極25が形成されたp側半導体層23と、n側半導体層21とp側半導体層23の間に設けられた活性層22とを含む。ここで特に、活性層22は、図3に示すように、それぞれバリア層22bと井戸層22wとが交互に積層されてなる複数のナノロッド22nと、ナノロッド22n間の隙間に埋め込まれた絶縁部材22iとを含む。そして、ナノロッド22nは、実施形態1又は2のナノロッドの形成方法により形成されている。なお、n側半導体層21はn型半導体層(第1導電型半導体層)を含み、p側半導体層23はp型半導体層(第2導電型半導体層)を含む。
Embodiment 3.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor element 20 manufactured using the method of Embodiment 3 according to the present invention. FIG. 3 is a schematic sectional view showing a part of FIG. 2 in an enlarged manner. The semiconductor element 20 is, for example, a laser element, and includes an n-side semiconductor layer 21 having an n-electrode 24 formed on its lower surface, a p-side semiconductor layer 23 having a p-electrode 25 formed on its upper surface, and an n-side semiconductor layer 21. and an active layer 22 provided between the p-side semiconductor layers 23. Here, in particular, as shown in FIG. 3, the active layer 22 includes a plurality of nanorods 22n in which barrier layers 22b and well layers 22w are alternately laminated, and an insulating member 22i embedded in a gap between the nanorods 22n. Including and The nanorods 22n are formed by the method for forming nanorods according to the first or second embodiment. The n-side semiconductor layer 21 includes an n-type semiconductor layer (first conductivity type semiconductor layer), and the p-side semiconductor layer 23 includes a p-type semiconductor layer (second conductivity type semiconductor layer).

活性層22において、ナノロッド22nは例えば、厚さが250nmのn側障壁層と、3nmの第1井戸層と、2nmの中間障壁層と、3nmの第2井戸層と、250nmのp側障壁層とを含む。ナノロッド22nの下端はn側障壁層中に位置していてもよく、ナノロッド22nの高さは例えば260〜510nm程度とすることができる。また、活性層22において、絶縁部材22iは、例えば、SiOなどの酸化物、AlNなどの窒化物により構成することができる。 In the active layer 22, the nanorods 22n include, for example, an n-side barrier layer having a thickness of 250 nm, a first well layer having a thickness of 3 nm, an intermediate barrier layer having a thickness of 2 nm, a second well layer having a thickness of 3 nm, and a p-side barrier layer having a thickness of 250 nm. Including and The lower end of the nanorod 22n may be located in the n-side barrier layer, and the height of the nanorod 22n may be, for example, about 260 to 510 nm. Further, in the active layer 22, the insulating member 22i can be made of, for example, an oxide such as SiO 2 or a nitride such as AlN.

以上のように、複数のナノロッド22nを含む活性層22を備えた半導体素子は、例えば、発光素子に適用した場合、量子閉じ込めにより発光効率を向上させることができる。 As described above, when the semiconductor device including the active layer 22 including the plurality of nanorods 22n is applied to, for example, a light emitting device, quantum confinement can improve the light emission efficiency.

以下、半導体素子20の製造方法について説明する。 Hereinafter, a method of manufacturing the semiconductor element 20 will be described.

まず、成長基板上に、n側半導体層21と活性層とをエピタキシャル成長させる。例えば、半導体素子30として窒化物半導体発光素子を作製する場合には、成長基板として、サファイア基板やn型GaN基板を用いることができる。また、n側半導体層21及び活性層は、例えば、一般式、InAlGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)で表される窒化物半導体を用いて形成する。 First, the n-side semiconductor layer 21 and the active layer are epitaxially grown on the growth substrate. For example, when a nitride semiconductor light emitting device is manufactured as the semiconductor device 30, a sapphire substrate or an n-type GaN substrate can be used as the growth substrate. Further, n-side semiconductor layer 21 and the active layer, for example, the general formula is represented by In x Al y Ga 1-x -y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ x + y ≦ 1) It is formed using a nitride semiconductor.

次に、実施形態1又は実施形態2のナノロッド形成方法により活性層にナノロッドを形成し、ナノロッド形成時に用いたマスク(ドライエッチングの初期段階で付着したマスク用材料)を、例えば、強酸洗浄により除去する。ナノロッドの高さは、活性層22の厚みと同程度とする。また、ナノロッドの下端が活性層22中のn側障壁層内に位置してもよい。 Next, the nanorods are formed in the active layer by the method for forming nanorods according to the first or second embodiment, and the mask used during the formation of the nanorods (the mask material attached in the initial stage of dry etching) is removed by, for example, strong acid cleaning. To do. The height of the nanorods is approximately the same as the thickness of the active layer 22. Further, the lower end of the nanorod may be located in the n-side barrier layer in the active layer 22.

次に、ナノロッドの隙間を絶縁部材で埋める。
具体的には、まず、図4(a)に示すように、ナノロッド22nが完全に埋まるように絶縁部材22iを形成する。ナノロッド間に充填する絶縁部材としては、後工程であるp側半導体層をエピタキシャル成長させる際に高温に曝されることを考慮すると、高温での安定性に優れている、例えば、SiO、AlNなどの絶縁性の無機材料を用いることが好ましい。例えば、SiO、AlNなどの絶縁性の無機材料をナノロッド間の隙間に形成又は充填する方法としては、スパッタリング、CVD(化学気相成長法)、ECR(電子サイクロトロン共鳴)を挙げることができる。SiOを用いる場合には、例えば、スピン・オン・グラス(SOG)と呼ばれる液状SiO材料を用いてナノロッド間に充填するようにしてもよい。
Next, the gap between the nanorods is filled with an insulating member.
Specifically, first, as shown in FIG. 4A, the insulating member 22i is formed so that the nanorods 22n are completely buried. The insulating member to be filled between the nanorods has excellent stability at high temperature in consideration of being exposed to high temperature during epitaxial growth of the p-side semiconductor layer which is a later step, for example, SiO 2 , AlN, etc. It is preferable to use the insulating inorganic material. For example, as a method of forming or filling a gap between the nanorods with an insulating inorganic material such as SiO 2 or AlN, sputtering, CVD (chemical vapor deposition method), or ECR (electron cyclotron resonance) can be mentioned. When SiO 2 is used, a liquid SiO 2 material called spin-on-glass (SOG) may be used to fill the space between the nanorods.

次に、図4(b)に示すように、ナノロッド22nの頂上及びその付近が露出するように、絶縁部材22iの一部を除去する。この絶縁部材22iの一部を除去する工程は、ナノロッド22nの頂上及びその付近を露出させる工程であって、絶縁部材22iを除去する一方、ナノロッド22nの除去を可能な限り抑えることが好ましい。この絶縁部材22iは、例えば、ドライエッチング又はウェットエッチングにより除去することができるが、実質的に絶縁部材22iのみが除去されるようにドライエッチングにおける反応ガス、ウェットエッチングにおけるエッチング液は適宜選択される。例えば、SiOを絶縁部材として用いた場合には、CHF、CFなどの反応ガスを用いたドライエッチングにより絶縁部材を除去することができる。AlNを絶縁部材として用いた場合には、KOH、NaOHなどのエッチング液を用いてウェットエッチングにより絶縁部材を除去することができる。このように実質的に絶縁部材22iのみを除去する条件を用いることにより、図4(b)に示すようにナノロッドの上部が絶縁部材22iから露出する。尚、絶縁部材22iから露出させるナノロッドの上部の長さは、例えば5nm程度以下である。 Next, as shown in FIG. 4B, a part of the insulating member 22i is removed so that the top and the vicinity of the nanorod 22n are exposed. The step of removing a part of the insulating member 22i is a step of exposing the top and the vicinity of the nanorod 22n, and it is preferable to remove the insulating member 22i while suppressing removal of the nanorod 22n as much as possible. The insulating member 22i can be removed by, for example, dry etching or wet etching, but the reaction gas in dry etching and the etching solution in wet etching are appropriately selected so that substantially only the insulating member 22i is removed. .. For example, when SiO 2 is used as the insulating member, the insulating member can be removed by dry etching using a reaction gas such as CHF 3 or CF 4 . When AlN is used as the insulating member, the insulating member can be removed by wet etching using an etching solution such as KOH or NaOH. By using such a condition that substantially only the insulating member 22i is removed, the upper portion of the nanorod is exposed from the insulating member 22i as shown in FIG. 4B. The upper length of the nanorod exposed from the insulating member 22i is, for example, about 5 nm or less.

そして、ナノロッド22n及び絶縁部材22iの上に、p側半導体層をエピタキシャル成長させる。窒化物半導体発光素子を作製する場合には、p側半導体層は、例えば、一般式、InAlGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)で表される窒化物半導体を用いて形成する。このp側半導体層の成長は、n側半導体層21と活性層とをエピタキシャル成長させた後、ナノロッド22n及び絶縁部材22iを形成するためにエピタキシャル成長を一時中断してエピタキシャル成長を再開するので再成長と称される。 Then, the p-side semiconductor layer is epitaxially grown on the nanorods 22n and the insulating member 22i. In the case of manufacturing the nitride semiconductor light emitting device, p-side semiconductor layer, for example, general formula, In x Al y Ga 1- x-y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ x + y It is formed using a nitride semiconductor represented by ≦1). This growth of the p-side semiconductor layer is referred to as regrowth because after epitaxially growing the n-side semiconductor layer 21 and the active layer, the epitaxial growth is temporarily suspended and restarted to form the nanorods 22n and the insulating member 22i. To be done.

最後に、p電極35及びn電極34を形成する。
以上のようにして、半導体素子20は製造される。
尚、半導体素子20をレーザ素子として作製する場合には、例えば、ナノロッドの高さ方向に直交する長手方向を有するリッジを形成し、そのリッジの両端に例えば誘電体多層膜からなる反射膜を形成する。
Finally, the p electrode 35 and the n electrode 34 are formed.
The semiconductor element 20 is manufactured as described above.
When the semiconductor element 20 is manufactured as a laser element, for example, a ridge having a longitudinal direction orthogonal to the height direction of the nanorods is formed, and reflective films made of, for example, a dielectric multilayer film are formed on both ends of the ridge. To do.

実施形態4.
図5は、本発明に係る実施形態4の方法を用いて製造される半導体素子30の模式的な断面図である。
実施形態4の半導体素子30は、例えば、レーザ素子であり、下面にn電極34が形成されたn側半導体層31と、上面にp電極35が形成されたp側半導体層33と、n側半導体層31とp側半導体層33の間に設けられた活性層32とを含む。ここで特に、実施形態4の半導体素子は、図6(a)に示すように、ナノロッド37nがn側半導体ロッド部31nと活性層ロッド部32nとp側半導体ロッド部33nを含んでいる点で、実施形態3の半導体素子20とは異なっており、以下のように作製される。
Embodiment 4.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor element 30 manufactured by using the method of Embodiment 4 according to the present invention.
The semiconductor element 30 of the fourth embodiment is, for example, a laser element, and includes an n-side semiconductor layer 31 having an n-electrode 34 formed on the lower surface, a p-side semiconductor layer 33 having a p-electrode 35 formed on the upper surface, and an n-side. An active layer 32 provided between the semiconductor layer 31 and the p-side semiconductor layer 33 is included. Here, in particular, in the semiconductor device of Embodiment 4, as shown in FIG. 6A, the nanorod 37n includes the n-side semiconductor rod portion 31n, the active layer rod portion 32n, and the p-side semiconductor rod portion 33n. The semiconductor device 20 is different from the semiconductor device 20 of the third embodiment and is manufactured as follows.

実施形態4の製造方法では、まず、成長基板(例えばn型GaN基板)上に、n側半導体層31、活性層32及びp側半導体層33とをエピタキシャル成長させる。
次に、実施形態1又は実施形態2のナノロッド形成方法により、p側半導体層33、活性層32及びn側半導体層31の一部を含むナノロッド37nを形成する。ナノロッド37nを形成した後、ナノロッド形成時に用いたマスク(ドライエッチングの初期段階で付着したマスク用材料)を、例えば、強酸洗浄により除去する。
In the manufacturing method of the fourth embodiment, first, the n-side semiconductor layer 31, the active layer 32, and the p-side semiconductor layer 33 are epitaxially grown on a growth substrate (for example, an n-type GaN substrate).
Next, the nanorod 37n including a part of the p-side semiconductor layer 33, the active layer 32, and the n-side semiconductor layer 31 is formed by the nanorod forming method of the first or second embodiment. After forming the nanorods 37n, the mask used for forming the nanorods (the mask material attached in the initial stage of dry etching) is removed by, for example, strong acid cleaning.

次に、ナノロッド37nの隙間を絶縁部材で埋める。
具体的には、まず、図6(a)に示すように、ナノロッド37nが完全に埋まるように絶縁部材36iを形成する。ナノロッド37n間に充填する絶縁部材36iとしては、SiO、AlNなどの絶縁性の無機材料を用いることができる。また、実施形態4の製造方法では、実施形態3とは異なり既にp側半導体層がエピタキシャル成長されているので、高温に曝されることがなく、絶縁性の樹脂を用いることができる。実施形態4では、実施形態3とは異なりナノロッド37nが活性層32に加えp側半導体層33及びn側半導体層31を含んでおり、ナノロッド37nの長さが長くなる。したがって実施形態4では、無機材料に比較してナノロッド37n間への充填が容易な絶縁性の樹脂を用いることが好ましい。絶縁性の樹脂としては、例えば、パラキシリレン樹脂を用いることができる。
Next, the gap between the nanorods 37n is filled with an insulating member.
Specifically, first, as shown in FIG. 6A, the insulating member 36i is formed so that the nanorods 37n are completely buried. As the insulating member 36i filled between the nanorods 37n, an insulating inorganic material such as SiO 2 or AlN can be used. Further, in the manufacturing method of the fourth embodiment, unlike the third embodiment, the p-side semiconductor layer is already epitaxially grown, so that the insulating resin can be used without being exposed to high temperature. In the fourth embodiment, unlike the third embodiment, the nanorod 37n includes the p-side semiconductor layer 33 and the n-side semiconductor layer 31 in addition to the active layer 32, and the length of the nanorod 37n becomes long. Therefore, in the fourth embodiment, it is preferable to use an insulating resin that is easier to fill the space between the nanorods 37n than the inorganic material. As the insulating resin, for example, paraxylylene resin can be used.

次に、図6(b)に示すように、ナノロッド37nの頂上及びその付近が露出するように、絶縁部材36iの一部を除去する。この絶縁部材36iの一部を除去する工程は、SiO、AlNなどの絶縁性の無機材料を用いた場合には、実施形態3と同様の方法により除去することができる。絶縁性の樹脂を用いた場合には、例えば、O等のガスを用いたドライエッチングにより除去することができる。尚、絶縁部材から露出させるナノロッド37nの上部の長さは、p電極との接触抵抗を低くするために実施形態3より長く露出させることが好ましく、例えば、30nm程度露出させる。 Next, as shown in FIG. 6B, a part of the insulating member 36i is removed so that the top and the vicinity of the nanorod 37n are exposed. In the step of removing a part of the insulating member 36i, when an insulating inorganic material such as SiO 2 or AlN is used, it can be removed by the same method as in the third embodiment. When an insulating resin is used, it can be removed by dry etching using a gas such as O 2 . The length of the upper portion of the nanorod 37n exposed from the insulating member is preferably longer than that of the third embodiment in order to reduce the contact resistance with the p electrode, and is exposed to, for example, about 30 nm.

そして、図6(c)に示すように、ナノロッド37n及び絶縁部材36iと接して覆うようにp電極35を形成する。
最後に、n電極34を形成する。
以上のようにして、半導体素子30は製造される。
尚、半導体素子30をレーザ素子として作製する場合には、例えば、ナノロッドの高さ方向に直交する長手方向を有するp電極を形成して導波路領域を規定し、その導波路領域の両端に例えば誘電体多層膜からなる反射膜を形成する。
Then, as shown in FIG. 6C, the p-electrode 35 is formed so as to be in contact with and cover the nanorod 37n and the insulating member 36i.
Finally, the n-electrode 34 is formed.
The semiconductor element 30 is manufactured as described above.
When the semiconductor device 30 is manufactured as a laser device, for example, a p-electrode having a longitudinal direction orthogonal to the height direction of the nanorods is formed to define a waveguide region, and both ends of the waveguide region are defined, for example. A reflective film made of a dielectric multilayer film is formed.

以上のようにして作製された半導体素子30は、図5に示すように、n側半導体層31は、n電極34側の第2n側半導体層31bと活性層32側の第1n側半導体層31aとを含む。そして、第1n側半導体層31a、活性層32及びp側半導体層33はそれぞれ、n側半導体ロッド部31nと絶縁部材36i、活性層ロッド部32nと絶縁部材36i、p側半導体ロッド部33nと絶縁部材36iとを含んでなる。 In the semiconductor device 30 manufactured as described above, as shown in FIG. 5, the n-side semiconductor layer 31 has the second n-side semiconductor layer 31b on the n-electrode 34 side and the first n-side semiconductor layer 31a on the active layer 32 side. Including and The first n-side semiconductor layer 31a, the active layer 32, and the p-side semiconductor layer 33 are insulated from the n-side semiconductor rod portion 31n and the insulating member 36i, the active layer rod portion 32n and the insulating member 36i, and the p-side semiconductor rod portion 33n. And a member 36i.

以上のように構成された実施形態4の半導体素子30は、活性層32がナノサイズの活性層ロッド部32nを含んでいるので、例えば、発光素子に適用した場合、量子閉じ込めにより発光効率を向上させることができる。 In the semiconductor device 30 of the fourth embodiment configured as described above, since the active layer 32 includes the nano-sized active layer rod portion 32n, for example, when applied to a light emitting device, quantum confinement improves the light emitting efficiency. Can be made.

実施形態5.
図7は、本発明に係る実施形態5の方法を用いて製造される半導体素子40の模式的な断面図である。半導体素子40は、例えば、発光ダイオードであり、支持基板47と、支持基板47上に導電層48を介して設けられた半導体積層構造42を含む。半導体積層構造42は、例えば、支持基板47側から、p側半導体層42a、活性層42b及びn側半導体層42cを含む。半導体素子40において、n電極46は、半導体積層構造42の上面の一部に、n側半導体層42cと接するように設けられる。また、p電極43は、半導体積層構造42の支持基板47側の下面に、p側半導体層42aと接するように設けられる。
半導体素子40において、半導体積層構造42の下面が、導電層48、反射膜45及び保護膜44を介して支持基板47に接合される。具体的には、導電層48は、凸部48pを有しその凸部48pの上面がp電極43の下面に接合される。凸部48pを除く導電層48と半導体積層構造42の間には、導電層48側から反射膜45と保護膜44とが設けられる。反射膜45は省略してもよい。また、保護膜44を省略し、p側半導体層42aの下面のほぼ全面にp電極43を設けてもよい。
Embodiment 5.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device 40 manufactured using the method of Embodiment 5 according to the present invention. The semiconductor element 40 is, for example, a light emitting diode, and includes a support substrate 47, and a semiconductor laminated structure 42 provided on the support substrate 47 via a conductive layer 48. The semiconductor laminated structure 42 includes, for example, a p-side semiconductor layer 42a, an active layer 42b, and an n-side semiconductor layer 42c from the support substrate 47 side. In the semiconductor element 40, the n-electrode 46 is provided on a part of the upper surface of the semiconductor laminated structure 42 so as to be in contact with the n-side semiconductor layer 42c. The p electrode 43 is provided on the lower surface of the semiconductor laminated structure 42 on the support substrate 47 side so as to be in contact with the p side semiconductor layer 42a.
In the semiconductor element 40, the lower surface of the semiconductor laminated structure 42 is bonded to the support substrate 47 via the conductive layer 48, the reflective film 45, and the protective film 44. Specifically, the conductive layer 48 has a convex portion 48p, and the upper surface of the convex portion 48p is joined to the lower surface of the p electrode 43. A reflective film 45 and a protective film 44 are provided from the conductive layer 48 side between the conductive layer 48 and the semiconductor laminated structure 42 except for the convex portion 48p. The reflective film 45 may be omitted. Further, the protective film 44 may be omitted and the p electrode 43 may be provided on almost the entire lower surface of the p-side semiconductor layer 42a.

ここで特に、半導体素子40では、n電極46が形成される半導体積層構造42の上面(n側半導体層42cの表面)が複数のナノロッドを含む凹凸面となっている。 Here, in particular, in the semiconductor element 40, the upper surface (the surface of the n-side semiconductor layer 42c) of the semiconductor laminated structure 42 on which the n-electrode 46 is formed is an uneven surface including a plurality of nanorods.

以上のように構成された実施形態5の半導体素子40では、主発光面であるn側半導体層42cの表面がナノロッドを含む凹凸面(粗面)となっているので、光の取り出し効率を高くすることができる。 In the semiconductor element 40 of the fifth embodiment configured as described above, the surface of the n-side semiconductor layer 42c, which is the main light emitting surface, is an uneven surface (rough surface) containing nanorods, and therefore the light extraction efficiency is high. can do.

実施形態5の半導体素子40において、n側半導体層42cの表面は、n電極46を形成する前に、実施形態1又は実施形態2のナノロッド形成方法により、n側半導体層42cの表面にナノロッドを形成することにより粗面化できる。 In the semiconductor element 40 of the fifth embodiment, the surface of the n-side semiconductor layer 42c has nanorods formed on the surface of the n-side semiconductor layer 42c by the nanorod forming method of the first or second embodiment before forming the n-electrode 46. It can be roughened by forming it.

以下、本発明に係る実施例について説明する。
実施例1.
まず、GaN基板の+C面上に厚み約5μmのGaN層を形成した。
次に、半導体ウェハをイットリアからなるウエハテーブル上にセットし、RIE装置を用いてドライエッチングした。反応ガスとして、Cl及びSiClを用い、エッチング条件は、出力:230W、圧力:4Pa、Cl流量:10sccm、SiCl流量:70sccmとした。エッチング時間は16分とし、直径約70nm、高さ約700nmのナノロッドを形成した。
その後、ナノロッド上にマスクとして堆積しているイットリアの除去のため、ウェハを硝酸で5min浸け置き後、水洗し乾燥した。
得られたナノロッドを図8に示す。図8は、走査電子顕微鏡(SEM)を用いて撮影したSEM画像である。
図8に示すように、実施例1では、実施形態3又は4に示した活性層を含むナノロッドの形成に適した柱形状のナノロッドが形成された。
Examples of the present invention will be described below.
Example 1.
First, a GaN layer having a thickness of about 5 μm was formed on the +C surface of the GaN substrate.
Next, the semiconductor wafer was set on a wafer table made of yttria and dry-etched using an RIE device. Cl 2 and SiCl 4 were used as the reaction gas, and the etching conditions were output: 230 W, pressure: 4 Pa, Cl 2 flow rate: 10 sccm, and SiCl 4 flow rate: 70 sccm. The etching time was 16 minutes, and nanorods having a diameter of about 70 nm and a height of about 700 nm were formed.
Then, in order to remove the yttria deposited as a mask on the nanorods, the wafer was immersed in nitric acid for 5 minutes, washed with water and dried.
The obtained nanorod is shown in FIG. FIG. 8 is an SEM image photographed using a scanning electron microscope (SEM).
As shown in FIG. 8, in Example 1, columnar nanorods suitable for forming the nanorods including the active layer described in Embodiment 3 or 4 were formed.

実施例2.
実施例2として、半導体ウェハを、GaN基板の+C面上に、n型半導体層、活性層、p型半導体層を順に積層したものとした以外は、実施例1と同様にしてナノロッドを形成した。つまり、実施例2ではp型半導体層にナノロッドを形成した。p型半導体層は、MgドープしたGaN/AlGaN超格子クラッド層と、MgドープしたGaNコンタクト層とを含む。また、n型半導体層は、SiドープしたAlGaNクラッド層を含み、活性層は、厚さ約250nmのn側障壁層と、厚さ約3nmの第1井戸層と、厚さ約2nmの中間障壁層と、厚さ約3nmの第2井戸層と、厚さ約250nmのp側障壁層とを含む。第1井戸層および第2井戸層は、波長約455nmの青色光を発光可能な組成とした。
実施例2においても、実施例1と同様の形状のナノロッドが得られた。また、実施例2では、ナノロッドを形成したサンプルの硝酸洗浄前後におけるPL(フォトルミネッセンス)強度を評価した。その結果、図13に示すように、硝酸洗浄していない状態ではPL強度が低く、硝酸洗浄後では高くなることが確認された。これは、半導体層の表面に堆積したイットリアがナノロッド形成後で硝酸洗浄前には残っていることを示しており、半導体層の表面に堆積したイットリアがマスクとして機能したことを示している。
Example 2.
As Example 2, nanorods were formed in the same manner as in Example 1, except that the semiconductor wafer was obtained by sequentially stacking an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer on the +C surface of a GaN substrate. .. That is, in Example 2, the nanorods were formed in the p-type semiconductor layer. The p-type semiconductor layer includes a Mg-doped GaN/AlGaN superlattice cladding layer and a Mg-doped GaN contact layer. The n-type semiconductor layer includes a Si-doped AlGaN cladding layer, and the active layer includes an n-side barrier layer having a thickness of about 250 nm, a first well layer having a thickness of about 3 nm, and an intermediate barrier having a thickness of about 2 nm. A layer, a second well layer having a thickness of about 3 nm, and a p-side barrier layer having a thickness of about 250 nm. The first well layer and the second well layer had a composition capable of emitting blue light having a wavelength of about 455 nm.
Also in Example 2, a nanorod having the same shape as in Example 1 was obtained. In Example 2, the PL (photoluminescence) intensity before and after washing with nitric acid was evaluated for the sample on which the nanorods were formed. As a result, as shown in FIG. 13, it was confirmed that the PL intensity was low in the state where the nitric acid was not washed, and was high after the nitric acid washes. This shows that the yttria deposited on the surface of the semiconductor layer remains after the nanorod formation and before the nitric acid cleaning, and indicates that the yttria deposited on the surface of the semiconductor layer functions as a mask.

実施例3.
実施例3として、ドライエッチング時の圧力を8Paにした以外は、実施例1と同様にしてナノロッドを形成した。
得られたナノロッドを図9のSEM画像に示す。
図9に示すように、実施例3では、針状のナノロッドが形成され、このナノロッドは、例えば、実施形態5に示した光取り出し効率を向上させる凹凸面の形成に利用できる。
Example 3.
As Example 3, nanorods were formed in the same manner as in Example 1 except that the pressure during dry etching was 8 Pa.
The obtained nanorod is shown in the SEM image of FIG.
As shown in FIG. 9, in Example 3, needle-shaped nanorods are formed, and the nanorods can be used, for example, in forming the uneven surface for improving the light extraction efficiency shown in Embodiment 5.

実施例4.
実施例4として、ドライエッチング時の圧力を1Paにした以外は、実施例1と同様にしてナノロッドを形成した。
得られたナノロッドを図10のSEM画像に示す。
Example 4.
As Example 4, a nanorod was formed in the same manner as in Example 1 except that the pressure during dry etching was set to 1 Pa.
The obtained nanorod is shown in the SEM image of FIG.

実施例5.
実施例5として、GaN基板の−C面上にGaN層を形成して半導体ウェハを作製した以外は、実施例1と同様にしてナノロッドを形成した。
得られたナノロッドを図11のSEM画像に示す。
図11に示すように、実施例5では、錐形状のナノロッドが形成され、このナノロッドは、例えば、実施形態5に示した光取り出し効率を向上させる凹凸面の形成に利用できる。尚、図11に示すSEM画像ではナノロッドが斜めに傾斜しているように見えるが、これはSEM画像撮影条件に起因するものであり、実際は左右対称に近い錐形状であった。
Example 5.
As Example 5, nanorods were formed in the same manner as in Example 1 except that a GaN layer was formed on the -C plane of the GaN substrate to produce a semiconductor wafer.
The obtained nanorod is shown in the SEM image of FIG.
As shown in FIG. 11, in Example 5, a cone-shaped nanorod is formed, and this nanorod can be used, for example, for forming the uneven surface for improving the light extraction efficiency shown in Embodiment 5. Incidentally, in the SEM image shown in FIG. 11, the nanorods seem to be inclined, but this is due to the SEM image capturing conditions, and in reality, the shape was a pyramidal shape that was nearly symmetrical.

比較例1.
比較例1では、半導体ウェハを石英からなるウエハテーブル上にセットしてドライエッチングした以外は、実施例1と同様にしてナノロッドの形成を試みた。
しかしながら、比較例1では、図12に示すようにナノロッドを形成することはできなかった。
Comparative Example 1.
In Comparative Example 1, formation of nanorods was attempted in the same manner as in Example 1 except that the semiconductor wafer was set on a wafer table made of quartz and dry-etched.
However, in Comparative Example 1, the nanorod could not be formed as shown in FIG.

実施例6.
実施例6として、実施例1と同様にして作製するナノロッドを含むレーザ素子を作製する。
具体的には、まず、GaN基板の+C面上にn型半導体層、活性層を順に形成して半導体ウェハを作製する。実施例6では、n型半導体層は、SiドープしたAlGaNクラッド層を含み、活性層は、厚さ約250nmのn側障壁層と、厚さ約3nmの第1井戸層と、厚さ約2nmの中間障壁層と、厚さ約3nmの第2井戸層と、厚さ約250nmのp側障壁層とを含む。
次に、半導体ウェハに実施例1と同様にしてナノロッドを形成する。このときのナノロッドの下端はn側障壁層中とする。
そしてナノロッドを形成した半導体ウェハに、p型半導体層とn型半導体層間の絶縁を目的として、絶縁体であるAlNを形成し、ナノロッド上部を露出させるように、KOHを用いてAlNをウェットエッチングする。すなわち活性層がすべて埋まり切らない程度にナノロッド間の隙間をAlNによって埋める。
その後、p型半導体層を結晶成長させ、ストライプ状のリッジ、電極などを形成することによりレーザ素子とする。p型半導体層は、MgドープしたGaN/AlGaN超格子クラッド層と、MgドープしたGaNコンタクト層とを含む。
Example 6.
As Example 6, a laser device including nanorods produced in the same manner as in Example 1 is produced.
Specifically, first, an n-type semiconductor layer and an active layer are sequentially formed on the +C surface of a GaN substrate to manufacture a semiconductor wafer. In Example 6, the n-type semiconductor layer includes a Si-doped AlGaN cladding layer, and the active layer has an n-side barrier layer having a thickness of about 250 nm, a first well layer having a thickness of about 3 nm, and a thickness of about 2 nm. Intermediate barrier layer, a second well layer having a thickness of about 3 nm, and a p-side barrier layer having a thickness of about 250 nm.
Next, nanorods are formed on the semiconductor wafer in the same manner as in Example 1. At this time, the lower end of the nanorod is in the n-side barrier layer.
Then, on the semiconductor wafer on which the nanorods are formed, AlN that is an insulator is formed for the purpose of insulating between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer, and AlN is wet-etched using KOH so that the upper part of the nanorods is exposed. .. That is, the gap between the nanorods is filled with AlN to the extent that the entire active layer is not completely filled.
After that, the p-type semiconductor layer is crystal-grown to form a stripe-shaped ridge, an electrode, and the like to obtain a laser element. The p-type semiconductor layer includes a Mg-doped GaN/AlGaN superlattice cladding layer and a Mg-doped GaN contact layer.

実施例7.
実施例7として、実施例1と同様にして作製するナノロッドを含むレーザ素子を作製する。
具体的には、まず、GaN基板の+C面上にn型半導体層、活性層、p型半導体層を順に形成して半導体ウェハを作製する。n型半導体層、活性層、p型半導体層のそれぞれは実施例6と同様である。
次に、半導体ウェハに実施例1と同様にしてナノロッドを形成する。このときのナノロッドの下端はn型半導体層中とする。
そして、ナノロッドを形成した半導体ウェハに、p型半導体層とn型半導体層間の絶縁を目的として、絶縁体であるパラキシリレン樹脂をコーティングし、ナノロッド上部を露出させるように、すなわちp型半導体層がすべて埋まり切らない程度にナノロッド間の隙間を埋めて平坦化する。
その後、ストライプ状のリッジ、電極などを形成することによりレーザ素子とする。
Example 7.
As Example 7, a laser device including nanorods produced in the same manner as in Example 1 is produced.
Specifically, first, an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer are sequentially formed on the +C surface of a GaN substrate to manufacture a semiconductor wafer. The n-type semiconductor layer, the active layer, and the p-type semiconductor layer are the same as those in the sixth embodiment.
Next, nanorods are formed on the semiconductor wafer in the same manner as in Example 1. At this time, the lower end of the nanorod is in the n-type semiconductor layer.
Then, the semiconductor wafer on which the nanorods are formed is coated with paraxylylene resin, which is an insulator, for the purpose of insulating between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer, so that the upper part of the nanorods is exposed, that is, the p-type semiconductor layer is entirely exposed. The gaps between the nanorods are filled to the extent that the nanorods are not completely filled and the surface is flattened.
After that, a stripe-shaped ridge, electrodes, and the like are formed to obtain a laser element.

実施例8.
実施例8のLED素子を以下のように作製する。
まず、サファイア(C面)よりなる成長基板上にバッファ層を介して、GaN層と、Siをドープしたn型のAlGaNよりなるn型コンタクト層とを成長させることにより、n側半導体層42cを形成する。
Example 8.
The LED element of Example 8 is manufactured as follows.
First, an n-side semiconductor layer 42c is formed by growing a GaN layer and an n-type contact layer made of Si-doped n-type AlGaN on a growth substrate made of sapphire (C plane) via a buffer layer. Form.

次に、アンドープAlGaNよりなる障壁層とアンドープInGaNよりなる井戸層とを交互に成長させて発光層である活性層42bを形成する。
次に、Mgをドープしたp型AlGaN層と、Mgをドープしたp型AlGaNよりなるp型コンタクト層とを成長させてp側半導体層42cを形成する。
以上のようにして、半導体積層構造42を形成する。
Next, a barrier layer made of undoped AlGaN and a well layer made of undoped InGaN are alternately grown to form an active layer 42b which is a light emitting layer.
Next, a p-type AlGaN layer doped with Mg and a p-type contact layer made of p-type AlGaN doped with Mg are grown to form the p-side semiconductor layer 42c.
As described above, the semiconductor laminated structure 42 is formed.

次に、半導体積層構造42のp型コンタクト層の表面の一部にp電極43を形成する。
p型コンタクト層の表面のp電極43が形成されていない部分に、保護膜44であるSiOを形成し、さらに保護膜44の上にAlからなる反射膜45を形成する。
そして、接合用金属層を、p電極43及び反射膜45を覆うように形成する。
Next, the p electrode 43 is formed on a part of the surface of the p-type contact layer of the semiconductor laminated structure 42.
SiO 2 as a protective film 44 is formed on a portion of the surface of the p-type contact layer where the p electrode 43 is not formed, and a reflective film 45 made of Al is formed on the protective film 44.
Then, a bonding metal layer is formed so as to cover the p-electrode 43 and the reflective film 45.

別途、CuWから成り厚さが200μmの支持基板47を準備する。支持基板47の表面に接合用金属層を形成する。 Separately, a supporting substrate 47 made of CuW and having a thickness of 200 μm is prepared. A bonding metal layer is formed on the surface of the support substrate 47.

次に、半導体積層構造42の接合用金属層と支持基板47の接合用金属層とを接合する。接合後、半導体積層構造42の接合用金属層と支持基板47の接合用金属層は一体化されてAuSnを含む導電層48となる。
その後、支持基板47の反対側にある成長基板とバッファ層とを除去し、p側半導体層42cの上方にn型のAlGaNよりなるn型コンタクト層の表面を露出させる。
Next, the joining metal layer of the semiconductor laminated structure 42 and the joining metal layer of the support substrate 47 are joined. After the bonding, the bonding metal layer of the semiconductor laminated structure 42 and the bonding metal layer of the support substrate 47 are integrated to form the conductive layer 48 containing AuSn.
Then, the growth substrate and the buffer layer on the opposite side of the support substrate 47 are removed, and the surface of the n-type contact layer made of n-type AlGaN is exposed above the p-side semiconductor layer 42c.

その露出させたn型コンタクト層の表面をRIE装置を用いてCl及びSiClを反応ガスとしてドライエッチングする。エッチング条件は、出力:230W、圧力:4Pa、Cl流量:10sccm、SiCl流量:70sccmである。エッチング時間は16minとする。これにより、n型コンタクト層の表面に約700nmの高さのナノロッドを形成する。
その後、ナノロッド上にマスクとして堆積しているイットリアの除去のため、硝酸で5min浸け置き後、水洗し乾燥する。
次に、ナノロッドが形成されたn型コンタクト層の表面の一部にn電極46を形成する。
The exposed surface of the n-type contact layer is dry-etched using Cl 2 and SiCl 4 as a reaction gas using an RIE apparatus. The etching conditions are: output: 230 W, pressure: 4 Pa, Cl 2 flow rate: 10 sccm, SiCl 4 flow rate: 70 sccm. The etching time is 16 min. As a result, nanorods having a height of about 700 nm are formed on the surface of the n-type contact layer.
Then, in order to remove the yttria deposited as a mask on the nanorods, it is immersed in nitric acid for 5 minutes, washed with water and dried.
Next, the n electrode 46 is formed on a part of the surface of the n-type contact layer on which the nanorods are formed.

以上のように作製される実施例8のLED素子は、主発光面であるn型コンタクト層表面にナノロッドが形成されているので、ナノロッドを設けない場合よりも発光効率を高くすることができる。 In the LED element of Example 8 manufactured as described above, since the nanorods are formed on the surface of the n-type contact layer that is the main light emitting surface, the luminous efficiency can be higher than that in the case where the nanorods are not provided.

10 ドライエッチング装置
11 基体
13 上部電極
15 下部電極
17 ウエハテーブル
12 チャンバー
19 高周波電源
20,30,40 半導体素子
21,31,42c n側半導体層
22,32,42b 活性層
22b バリア層
22w 井戸層
22n,37n ナノロッド
22i 絶縁部材
23,33,42a p側半導体層
24,34,46 n電極
25,35,43 p電極
31a 第1n側半導体層
31b 第2n側半導体層
31n n側半導体ロッド部
32n 活性層ロッド部
33n p側半導体ロッド部
42 半導体積層構造
44 保護膜
45 反射膜
47 支持基板
48 導電層
10 dry etching apparatus 11 substrate 13 upper electrode 15 lower electrode 17 wafer table 12 chamber 19 high frequency power supply 20, 30, 40 semiconductor element 21, 31, 42c n side semiconductor layer 22, 32, 42b active layer 22b barrier layer 22w well layer 22n , 37n nanorod 22i insulating member 23, 33, 42a p-side semiconductor layer 24, 34, 46 n-electrode 25, 35, 43 p-electrode 31a first n-side semiconductor layer 31b second n-side semiconductor layer 31n n-side semiconductor rod portion 32n active layer Rod part 33n p side semiconductor rod part 42 Semiconductor laminated structure 44 Protective film 45 Reflective film 47 Support substrate 48 Conductive layer

Claims (8)

反応ガスを用いたドライエッチングにより半導体のナノロッドを形成する方法であって、
チャンバー内において、ドライエッチング時における前記反応ガスとの化学反応によるエッチングレートが前記半導体より低い材料からなるマスク用材料と、前記半導体を含む基体とをチャンバー内にセットする準備ステップと、
エッチングにより飛散したマスク用材料が所定のドット密度及び所定のドット寸法で前記半導体の表面に付着するようにチャンバー内の圧力を所定の範囲に設定することにより、それぞれ前記マスク用材料を含む複数のドットマスクを前記半導体の表面に形成し、前記ドットマスクから露出した半導体をドライエッチングにより除去するドライエッチングステップと、
前記ドットマスクを除去するマスク除去ステップと、を含み、
前記マスク用材料は、イットリア又はジルコニアであるナノロッドの形成方法。
A method for forming semiconductor nanorods by dry etching using a reaction gas, comprising:
In the chamber, a masking material made of a material having an etching rate lower than that of the semiconductor by a chemical reaction with the reaction gas during dry etching, and a preparatory step of setting the substrate containing the semiconductor in the chamber,
By setting the pressure in the chamber within a predetermined range so that the mask material scattered by etching adheres to the surface of the semiconductor with a predetermined dot density and a predetermined dot size, a plurality of mask materials containing the mask material, respectively, can be obtained. A dry etching step of forming a dot mask on the surface of the semiconductor, and removing the semiconductor exposed from the dot mask by dry etching;
And a mask removal step of removing the dot mask, only including,
The method for forming a nanorod , wherein the mask material is yttria or zirconia .
前記半導体は、窒化物半導体である請求項1記載のナノロッドの形成方法。 The method for forming nanorods according to claim 1, wherein the semiconductor is a nitride semiconductor. 前記半導体のドットマスクが形成される表面は、+C面である請求項2に記載のナノロッドの形成方法。 The method of forming a nanorod according to claim 2, wherein a surface on which the semiconductor dot mask is formed is a +C plane. 前記ドライエッチングステップにおいて、チャンバー内の圧力を変更することを含む請求項1〜のいずれか1つに記載のナノロッドの形成方法。 Wherein in the dry etching step, the method of forming the nanorods according to any one of claims 1 to 3, which comprises changing the pressure in the chamber. 前記マスク用材料を含んでなるトレイの上に前記基体を載置することを含み、該トレイが前記マスク用材料の供給源である請求項1〜のいずれか1つに記載のナノロッドの形成方法。 The method comprising placing the substrate on a tray comprising said masking material, the formation of nanorods according to any one of claims 1-4 wherein the tray is the source of the mask material Method. 請求項1〜のいずれか1つに記載のナノロッドの形成方法を含む半導体素子の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device including a method for forming nanorods according to any one of claims 1-5. 前記半導体は、第1導電型半導体層と、活性層と、第1導電型とは異なる第2導電型半導体層とをこの順に含み、
前記ドライエッチングステップにおいて、前記第1導電型半導体層上に前記ドットマスクを形成し、前記第1導電型半導体層の少なくとも一部を除去してナノロッドを形成する請求項に記載の半導体素子の製造方法。
The semiconductor includes a first conductivity type semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity type semiconductor layer different from the first conductivity type in this order,
The semiconductor device according to claim 6 , wherein in the dry etching step, the dot mask is formed on the first conductive type semiconductor layer, and at least a part of the first conductive type semiconductor layer is removed to form nanorods. Production method.
前記ナノロッドが形成された表面に、前記第1導電型半導体層と接触する電極を形成することをさらに含む請求項に記載の半導体素子の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7 , further comprising forming an electrode in contact with the first conductive type semiconductor layer on the surface on which the nanorods are formed.
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