JP2002261326A - Method of manufacturing gallium nitride based compound semiconductor device - Google Patents
Method of manufacturing gallium nitride based compound semiconductor deviceInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 プラズマエッチングにより窒化ガリウム系化
合物半導体に生じたダメージを回復し、良好な電気特性
を有する窒化ガリウム系化合物半導体素子を製造できる
方法を提供する。
【解決手段】 半導体層の一部を塩素又は三塩化ホウ素
等の反応性ガスを含むプラズマ中でエッチングした後、
該エッチングにより露出した半導体層を不活性ガスプラ
ズマに曝した後、該半導体層に電極を形成する。
(57) Abstract: Provided is a method for recovering damage caused in a gallium nitride-based compound semiconductor by plasma etching and manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor device having good electric characteristics. SOLUTION: After partially etching a semiconductor layer in a plasma containing a reactive gas such as chlorine or boron trichloride,
After exposing the semiconductor layer exposed by the etching to an inert gas plasma, an electrode is formed on the semiconductor layer.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム系化
合物半導体素子の製造方法に関し、詳しくは、窒化ガリ
ウム系化合物半導体電子デバイスや窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子、窒化ガリウム系化合物半導体受光素
子を製造する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor device, and more particularly to a gallium nitride-based compound semiconductor electronic device, a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device, and a gallium nitride-based compound semiconductor light-receiving device. On how to do it.
【0002】[0002]
【従来の技術】InxGa1−xN(0≦x≦1)で表
される窒化ガリウム系化合物半導体は、全領域で直接遷
移型の化合物半導体であり、バンドギャップが3.4e
Vから1.9eVに連続して変化することから、紫外域
から橙色までの発光素子材料として盛んに研究がなされ
ている。現在、この材料を発光層としてサファイア基板
上に構成したダブルへテロ構造の高輝度青色LED(App
l.Phys.Lett,64(1994)1687)や、高輝度緑色LEDが実
用化されている。また、最近、サファイア基板上に作製
したInxGa1−xN井戸層を発光層とする半導体レ
ーザーの連続発振(Appl.Phys.Lett,69(1996)4056)が実
現されている。2. Description of the Related Art A gallium nitride-based compound semiconductor represented by In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) is a direct transition type compound semiconductor in all regions and has a band gap of 3.4e.
Since it continuously changes from V to 1.9 eV, active research has been made on light emitting element materials from the ultraviolet region to orange. At present, this material is used as a light-emitting layer on a sapphire substrate and has a high brightness blue LED with a double heterostructure (App
l. Phys. Lett, 64 (1994) 1687) and a high-brightness green LED have been put to practical use. Also, recently, a continuous oscillation of the semiconductor laser to In x Ga 1-x N well layer of the light emitting layer fabricated on a sapphire substrate (Appl.Phys.Lett, 69 (1996) 4056 ) is realized.
【0003】さらに、AlyGa1−yN(0≦y≦
1)で表される窒化ガリウム系化合物半導体は、全領域
でバンドギャップが3.4eV以上と非常に大きく、か
つ、飽和電子移動が大きい、破壊電圧が大きいなどの特
徴から、高温動作電子デバイス、高周波電子デバイスへ
の応用が期待され、盛んに研究がなされている。最近、
AlyGa1−yN/GaNヘテロ構造を用いたHEM
T(Appl.Phys.Lett,6(1996)1438)やHBT (Solid-Stat
eElectronics,44(2000)239)の報告がなされている。[0003] Further, Al y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦
The gallium nitride-based compound semiconductor represented by 1) has a very large band gap of 3.4 eV or more in all regions, a large saturation electron transfer, a large breakdown voltage, and the like. It is expected to be applied to high frequency electronic devices, and has been actively studied. Recently,
HEM using Al y Ga 1-y N / GaN heterostructures
T (Appl. Phys. Lett, 6 (1996) 1438) and HBT (Solid-Stat
eElectronics, 44 (2000) 239).
【0004】このような窒化ガリウム系化合物半導体
は、化学的に安定であることから、電極形成のために塩
素系のガスを使ったプラズマエッチングが用いられる。
例えば、三塩化ホウ素(BCl3)を用いたプラズマエ
ッチング方法(Appl.Phys.Lett,66(1995)2475)の報告が
なされている。また、特開平8−17803号公報に
は、塩素及び四塩化珪素を用いたプラズマエッチング法
が開示されている。Since such a gallium nitride-based compound semiconductor is chemically stable, plasma etching using a chlorine-based gas is used for forming an electrode.
For example, a plasma etching method using boron trichloride (BCl 3 ) (Appl. Phys. Lett, 66 (1995) 2475) has been reported. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-17803 discloses a plasma etching method using chlorine and silicon tetrachloride.
【0005】従来の窒化ガリウム系LEDの製造方法
を、図18の断面図に示す積層構造及び図19の断面図
に示すLED電極構造を参照しながら説明する。最初
に、図18に示すように、サファイア基板11上に、低
温バッファー層12、n−GaNからなるn型コンタク
ト層13、InGaN/GaNからなる量子井戸型活性
層14、p−AlGaNからなるクラッド層15、p−
GaNからなるp型コンタクト層16を順次有する積層
構造の膜を形成した後に、次に示されるような工程を行
う。A conventional method of manufacturing a gallium nitride LED will be described with reference to a laminated structure shown in a sectional view of FIG. 18 and an LED electrode structure shown in a sectional view of FIG. First, as shown in FIG. 18, on a sapphire substrate 11, a low-temperature buffer layer 12, an n-type contact layer 13 made of n-GaN, a quantum well type active layer 14 made of InGaN / GaN, and a clad made of p-AlGaN Layer 15, p-
After forming a film having a laminated structure having a p-type contact layer 16 made of GaN in sequence, the following process is performed.
【0006】まず、400〜800℃の温度で20分程
度のアニールを行い、p型クラッド層の活性化を図る。
次に、n型電極17を形成するために、レジストを塗布
してパターニングを行い、塩素系のガスを用いたプラズ
マエッチングによりn型GaN層を露出させてその面に
Ti/Al/Au等を蒸着し、n型電極17を形成す
る。次に、p型電極18を形成するために、再度レジス
トを塗布してパターニングを行い、Ni/Au等を蒸着
してp型電極18を形成する。さらに、電極金属と窒化
ガリウム系化合物半導体とのオーミックコンタクトを得
るために、400〜700℃程度の温度で熱処理を行
う。First, annealing is performed at a temperature of 400 to 800 ° C. for about 20 minutes to activate the p-type cladding layer.
Next, in order to form the n-type electrode 17, a resist is applied and patterned, and the n-type GaN layer is exposed by plasma etching using a chlorine-based gas, and Ti / Al / Au or the like is exposed on the surface. By vapor deposition, an n-type electrode 17 is formed. Next, in order to form the p-type electrode 18, a resist is applied again, patterning is performed, and Ni / Au or the like is deposited to form the p-type electrode 18. Further, in order to obtain an ohmic contact between the electrode metal and the gallium nitride-based compound semiconductor, heat treatment is performed at a temperature of about 400 to 700 ° C.
【0007】また、従来のリセスゲート構造窒化ガリウ
ム系MODFETの製法を図20の断面図に示す積層構
造及び図21の断面図に示す電極構造を参照しながら説
明する。最初に、サファイア基板21上に、GaN低温
バッファー層22、i−GaN層23、i−Al
0.26Ga0.74N層24、n+−Al0.26G
a0 .74N層25、n+−GaN層26を順次有する
積層構造の膜を形成した後、次に示されるような工程を
行う。A method of manufacturing a conventional gallium nitride MODFET having a recess gate structure will be described with reference to a laminated structure shown in a sectional view of FIG. 20 and an electrode structure shown in a sectional view of FIG. First, on a sapphire substrate 21, a GaN low-temperature buffer layer 22, an i-GaN layer 23, an i-Al
0.26 Ga 0.74 N layer 24, n + -Al 0.26 G
a 0 . 74 N layer 25, after forming a film of a laminated structure sequentially having n + -GaN layer 26 performs the following steps as shown.
【0008】まず、素子間分離を行う。その後、レジス
トを塗布してソース電極28及びドレーン電極29のパ
ターニングを行い、Ti/Al(25/150nm)を
蒸着してソース電極28及びドレーン電極29を形成す
る。次に、リセスゲート構造のゲート電極27を形成す
るために、レジストを塗布してパターニングを行い、塩
素系のガスを用いてプラズマエッチングにより溝を形成
する。次に、レジストを塗布してゲート電極27を形成
するためのパターンニングを行い、Pt/Ti/Au
(10/40/100nm)を蒸着してゲート電極27
を形成する。First, isolation between elements is performed. Thereafter, a source electrode 28 and a drain electrode 29 are patterned by applying a resist, and Ti / Al (25/150 nm) is deposited to form the source electrode 28 and the drain electrode 29. Next, in order to form a gate electrode 27 having a recess gate structure, a resist is applied and patterned, and a groove is formed by plasma etching using a chlorine-based gas. Next, patterning for forming a gate electrode 27 by applying a resist is performed, and Pt / Ti / Au is formed.
(10/40/100 nm) and deposit the gate electrode 27.
To form
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】従来の窒化ガリウム系
化合物半導体を用いたFET、バイポーラトランジスタ
ー、ダイオード等の電子デバイス、LEDやLD等の半
導体発光素子では、電極形成のために半導体層をエッチ
ングする必要がある。窒化ガリウム系化合物半導体は、
化学的に非常に安定なため、ウエットエッチングが困難
である。そのため、一般に、反応性ガスを用いたプラズ
マエッチング法(反応性イオンエッチング法)が採用さ
れている。In conventional electronic devices such as FETs, bipolar transistors, and diodes using gallium nitride-based compound semiconductors, and semiconductor light emitting devices such as LEDs and LDs, the semiconductor layer is etched to form electrodes. There is a need. Gallium nitride based compound semiconductors
Since it is chemically very stable, wet etching is difficult. Therefore, a plasma etching method using a reactive gas (reactive ion etching method) is generally employed.
【0010】しかし、プラズマエッチングでは、大きな
運動エネルギーを持ったイオンが膜に衝突するため、表
面近傍に結晶の乱れや不純物混入が生じる。プラズマエ
ッチングによるダメージは、電気特性の劣化や発光効率
低下の原因となる。However, in plasma etching, ions having a large kinetic energy collide with the film, so that crystal disorder and impurity contamination occur near the surface. Damage due to plasma etching causes deterioration of electrical characteristics and reduction of luminous efficiency.
【0011】そこで本発明は、プラズマエッチングによ
り窒化ガリウム系化合物半導体に生じたダメージを回復
し、良好な電気特性を有する窒化ガリウム系化合物半導
体素子、例えば窒化ガリウム系化合物半導体電子デバイ
スや窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、窒化ガリウ
ム系化合物半導体受光素子を製造することができる窒化
ガリウム系化合物半導体素子の製造方法を提供すること
を目的としている。Accordingly, the present invention is directed to a gallium nitride-based compound semiconductor element having good electrical characteristics, such as a gallium nitride-based compound semiconductor electronic device or a gallium nitride-based compound, which recovers damage caused in a gallium nitride-based compound semiconductor by plasma etching. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor device capable of manufacturing a semiconductor light-emitting device and a gallium nitride-based compound semiconductor light-receiving device.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体素子、すなわ
ち、窒化ガリウム系化合物半導体電子デバイス(FE
T、バイポーラトランジスタ、ダイオード等)、窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子及び窒化ガリウム系化合
物半導体受光素子(LED、LD)の製造方法は、基板
上に窒化ガリウム系化合物半導体を積層し、該積層され
た半導体層の一部をプラズマエッチングし、該エッチン
グされて露出した電極コンタクト窒化ガリウム系化合物
半導体層に電極を形成する窒化ガリウム系化合物半導体
素子の製造方法であって、前記半導体層の一部を塩素又
は三塩化ホウ素等の反応性ガスを含むプラズマ中でエッ
チングした後、該エッチングにより露出した半導体層を
不活性ガス、例えば窒素ガス等を使用した不活性ガスプ
ラズマに曝すことを特徴とし、さらに好ましくは、不活
性ガスを主成分とする雰囲気中で300℃以上の温度で
熱処理を行い、これらの不活性ガスプラズマ処理及び熱
処理を行った後に、該半導体層に電極形成を行うことを
特徴としている。In order to achieve the above object, a gallium nitride-based compound semiconductor device of the present invention, that is, a gallium nitride-based compound semiconductor electronic device (FE)
T, bipolar transistors, diodes, etc.), gallium nitride-based compound semiconductor light emitting devices and gallium nitride-based compound semiconductor light-receiving devices (LED, LD) are manufactured by stacking gallium nitride-based compound semiconductors on a substrate. A method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor device, in which a part of a semiconductor layer is plasma-etched and an electrode is formed on the electrode contact gallium nitride-based compound semiconductor layer exposed by the etching, wherein a part of the semiconductor layer is chlorine-free. Or after etching in a plasma containing a reactive gas such as boron trichloride, the semiconductor layer exposed by the etching is exposed to an inert gas, for example, an inert gas plasma using a nitrogen gas or the like, more preferably Heat treatment at a temperature of 300 ° C or higher in an atmosphere containing an inert gas as a main component. After the inert gas plasma treatment and heat treatment al, it is characterized in that the electrodes are formed on the semiconductor layer.
【0013】前記熱処理の時間は、処理温度により異な
り、700℃の処理温度では5分から20分程度で効果
が得られる。温度が低い場合には処理時間が長くなり、
例えば500℃では十分な効果を得るために40分以上
の熱処理が、300℃では十分な効果を得るために5時
間以上の熱処理が望ましい。The time of the heat treatment varies depending on the processing temperature. At a processing temperature of 700 ° C., the effect can be obtained in about 5 to 20 minutes. If the temperature is low, the processing time will be longer,
For example, at 500 ° C., a heat treatment of 40 minutes or more is preferable to obtain a sufficient effect, and at 300 ° C., a heat treatment of 5 hours or more is preferable to obtain a sufficient effect.
【0014】前記不活性ガスプラズマ処理のガス種は、
窒素、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、水素
のいずれか1種又はこれらの2種類以上を含む混合ガス
が望ましい。また、不活性ガスプラズマ処理のガス中
に、塩素系のガス、酸素、水、パーフロロカーボン、三
フッ化窒素等のガスが含まれていても、これらのガス濃
度が3%以下であれば良好な電気特性を得ることができ
る。The gas species of the inert gas plasma treatment is as follows:
Nitrogen, helium, neon, krypton, xenon, hydrogen, or a mixed gas containing two or more of them is desirable. Further, even if a gas such as a chlorine-based gas, oxygen, water, perfluorocarbon, or nitrogen trifluoride is contained in the gas for the inert gas plasma treatment, it is preferable that the concentration of these gases be 3% or less. Electrical characteristics can be obtained.
【0015】前記不活性ガスプラズマ処理を行うと、プ
ラズマを構成するイオンによって露出した膜がエッチン
グされるが、プラズマによるダメージを軽微にとどめる
ためには、プラズマに供給するパワーを小さくしてエッ
チング速度を0.5μm/時以下に抑えることが好まし
い。When the inert gas plasma treatment is performed, the film exposed by the ions constituting the plasma is etched. However, in order to minimize the damage caused by the plasma, the power supplied to the plasma is reduced and the etching rate is reduced. Is preferably suppressed to 0.5 μm / hour or less.
【0016】上述の製造方法によれば、プラズマエッチ
ング工程の後に不活性ガスプラズマによる暴露処理を施
すことにより、不純物やダメージを多く含む露出した半
導体層の表面近傍層が除去されるため、電極と電極コン
タクト半導体層との間の電気特性が改善される。さら
に、この不活性ガスプラズマ暴露処理の後に300℃以
上の温度で熱処理を行うことにより、電極とコンタクト
半導体層との間の電気特性が更に改善する。熱処理によ
る効果の原因は明確でないが、半導体表面近傍の結晶性
が回復したことによると考えられる。According to the above-described manufacturing method, by performing the exposure treatment with the inert gas plasma after the plasma etching step, the exposed surface layer near the surface of the semiconductor layer containing a large amount of impurities and damage is removed. The electric characteristics between the semiconductor device and the electrode contact semiconductor layer are improved. Further, by performing a heat treatment at a temperature of 300 ° C. or more after the inert gas plasma exposure treatment, the electric characteristics between the electrode and the contact semiconductor layer are further improved. Although the cause of the effect of the heat treatment is not clear, it is considered that the crystallinity near the semiconductor surface has been recovered.
【0017】[0017]
【実施例】実施例1 全面をプラズマエッチングしたn型GaNを用いて図1
に断面図で示す構造のショットキーダイオードを作製
し、ダイオード特性を測定した。なお、通常、ショット
キーダイオードは、プラズマエッチングの必要がなく、
オーミック電極とショットキー電極とをn型GaN半導
体層の表面に形成している。EXAMPLE 1 FIG. 1 shows an example in which n-type GaN whose entire surface is plasma etched is used.
A Schottky diode having a structure shown in a sectional view was manufactured, and the diode characteristics were measured. Normally, Schottky diodes do not require plasma etching,
An ohmic electrode and a Schottky electrode are formed on the surface of the n-type GaN semiconductor layer.
【0018】MOCVD法により、サファイア基板31
上に膜厚30nmの低温バッファー層32、Siドープ
n型GaN層(層膜厚2.5μm、キャリヤ密度2×1
01 7cm−3)33を形成した。次に、BCl3とC
l2とを反応性ガスとしてn型GaN層33を約200
nmプラズマエッチングした。n型GaN層33のエッ
チングは、エッチングガスの総流量を10sccmと
し、圧力3Pa、RFパワー10WのRFプラズマ中で
約25分行った。200nmのn型GaN層エッチング
を行った後、引き続きエッチングガスをN2ガスに切り
換え、圧力5Pa、RFパワー3Wの窒素プラズマに約
5分間曝した。The sapphire substrate 31 is formed by MOCVD.
A 30-nm-thick low-temperature buffer layer 32 and a Si-doped n-type GaN layer (layer thickness 2.5 μm, carrier density 2 × 1
0 to form a 1 7 cm -3) 33. Next, BCl 3 and C
n 2 as a reactive gas and the n-type GaN layer 33
nm plasma etching. The etching of the n-type GaN layer 33 was performed for about 25 minutes in an RF plasma having a total flow rate of the etching gas of 10 sccm, a pressure of 3 Pa, and an RF power of 10 W. After etching the n-type GaN layer with a thickness of 200 nm, the etching gas was continuously switched to N 2 gas and exposed to nitrogen plasma at a pressure of 5 Pa and RF power of 3 W for about 5 minutes.
【0019】窒素プラズマ処理後、レジストを塗布して
パターニングを行い、オーミック電極材料のTi(25
nm)/Al(150nm)を蒸着した。さらに、レジ
スト等の除去洗浄を行った後、オーミックコンタクトを
得るために、窒素雰囲気中で700℃、1分の熱処理を
行った。露出した電極コンタクト半導体層であるn型G
aN層33にオーミック電極34を形成した後、レジス
トを塗布してショットキー電極形成のためのパターニン
グを行い、ショットキー電極材料のPd(100nm)
を蒸着してショットキー電極35を形成した。最後に、
レジスト等の除去洗浄を行った。After the nitrogen plasma treatment, a resist is applied and patterned to form an ohmic electrode material Ti (25).
nm) / Al (150 nm) was deposited. Further, after removing and cleaning the resist and the like, heat treatment was performed at 700 ° C. for 1 minute in a nitrogen atmosphere in order to obtain an ohmic contact. N-type G which is an exposed electrode contact semiconductor layer
After the ohmic electrode 34 is formed on the aN layer 33, a resist is applied and patterning for forming a Schottky electrode is performed, and Pd (100 nm) of a Schottky electrode material is formed.
Was deposited to form a Schottky electrode 35. Finally,
The resist and the like were removed and washed.
【0020】作製したショットキーダイオードのI−V
特性の測定結果を図2に示す。また、比較として、n型
GaN層を200nmプラズマエッチングした後、窒素
プラズマ処理を行わずに作製したショットキーダイオー
ドと、n型GaN層のプラズマエッチングを行わずに作
製したショットキーダイオードとにおけるそれぞれのI
−V特性も図2に示す。IV of the Schottky diode fabricated
FIG. 2 shows the measurement results of the characteristics. In addition, for comparison, a Schottky diode manufactured without performing a plasma treatment on the n-type GaN layer and a Schottky diode manufactured without performing the plasma etching on the n-type GaN layer after performing plasma etching on the n-type GaN layer by 200 nm, respectively. I
FIG. 2 also shows the -V characteristics.
【0021】さらに、表1に、本発明方法で作製したシ
ョットキーダイオードと、窒素プラズマ処理無しで作製
したショットキーダイオードと、n型GaN層のプラズ
マエッチングを行わずにアズグローンのn型GaNを用
いて作製したショットキーダイオードとにおけるダイオ
ード理想因子(n)、ショットキー障壁高さ(φb)、
逆方向電流0.1μAにおける逆方向電圧(VR)をそ
れぞれ示す。理想因子とショットキー障壁高さの計算
は、電極面積を1.77×10−8m2、リチャードソ
ン定数を2.64×105Am−2K−2として行っ
た。Further, Table 1 shows that a Schottky diode manufactured by the method of the present invention, a Schottky diode manufactured without nitrogen plasma treatment, and an as-grown n-type GaN without plasma etching of the n-type GaN layer were used. Ideality factor (n), Schottky barrier height (φ b ) with the Schottky diode manufactured by
Shows the reverse voltage at a reverse current 0.1μA a (V R), respectively. The calculation of the ideality factor and the Schottky barrier height was performed with an electrode area of 1.77 × 10 −8 m 2 and a Richardson constant of 2.64 × 10 5 Am −2 K −2 .
【0022】[0022]
【表1】 [Table 1]
【0023】図2及び表1から、エッチング無しで作製
したショットキーダイオード特性との比較から明らかな
ように、窒素プラズマ処理無しで作製したショットキー
ダイオードでは、プラズマエッチングによるダメージや
不純物による影響で、ダイオード理想因子の増加、ショ
ットキー障壁高さの減少、逆方向電流の増加がみられ
る。一方、本発明方法で作製したショットキーダイオー
ドでは、窒素プラズマ処理無しで作製したショットキー
ダイオードと比較して、エッチング無しで作製したショ
ットキーダイオード特性に近い結果が得られている。こ
のことから、本発明の製造技術により、プラズマエッチ
ングでGaN界面や膜中に生じたダメージや不純物によ
る悪影響が減少することが明確である。As is clear from the comparison with the characteristics of a Schottky diode manufactured without etching from FIG. 2 and Table 1, in a Schottky diode manufactured without nitrogen plasma processing, damage due to plasma etching and the influence of impurities cause The diode ideality factor increases, the Schottky barrier height decreases, and the reverse current increases. On the other hand, in the Schottky diode manufactured by the method of the present invention, a result closer to the characteristics of the Schottky diode manufactured without etching is obtained as compared with the Schottky diode manufactured without the nitrogen plasma treatment. From this, it is clear that the manufacturing technique of the present invention reduces the damage caused at the GaN interface and the film by plasma etching and the adverse effect due to impurities.
【0024】本実施例により、本発明の製造技術が、シ
ョットキーダイオードの製造のみならずプラズマエッチ
ングが必要なLED、LD、FETの製造に有効性であ
ることが明らかである。According to the present embodiment, it is clear that the manufacturing technique of the present invention is effective not only for manufacturing Schottky diodes but also for manufacturing LEDs, LDs, and FETs that require plasma etching.
【0025】実施例2 実施例1と同様に、MOCVD法により、サファイア基
板31上に膜厚30nmの低温バッファー層32、Si
ドープn型GaN層(層膜厚2.5μm、キャリヤ密度
2×1017cm−3)33を形成した。次に、BCl
3とCl2とを反応性ガスとして用いたプラズマエッチ
ングでn型GaN33を約200nmエッチングした。
n型GaN33のエッチングは、エッチングガスの総流
量を10sccmとし、圧力3Pa、RFパワー10W
のRFプラズマ中で約25分行った。200nmのn型
GaNエッチングを行った後、引き続きエッチングガス
をN2ガスに切り換え、圧力5Pa、RFパワー3Wの
窒素プラズマに約5分間曝した。窒素プラズマ処理後、
さらに窒素雰囲気中で700℃、20分のアニールを行
った。Example 2 As in Example 1, a low-temperature buffer layer 32 having a thickness of 30 nm was formed on a sapphire substrate 31 by MOCVD.
A doped n-type GaN layer (layer thickness 2.5 μm, carrier density 2 × 10 17 cm −3 ) 33 was formed. Next, BCl
N-type GaN 33 was etched by about 200 nm by plasma etching using 3 and Cl 2 as reactive gases.
For etching the n-type GaN 33, the total flow rate of the etching gas is 10 sccm, the pressure is 3 Pa, and the RF power is 10 W.
For about 25 minutes. After the n-type GaN etching of 200 nm was performed, the etching gas was continuously switched to N 2 gas and exposed to nitrogen plasma at a pressure of 5 Pa and RF power of 3 W for about 5 minutes. After nitrogen plasma treatment,
Further, annealing was performed at 700 ° C. for 20 minutes in a nitrogen atmosphere.
【0026】アニール処理後、レジストを塗布してパタ
ーニングを行い、オーミック電極材料のTi(25n
m)/Al(150nm)を蒸着し、レジスト等の除去
洗浄を行った後、オーミックコンタクトを得るために、
窒素雰囲気中で700℃、1分の熱処理を行った。オー
ミック電極形成後、レジストを塗布してショットキー電
極形成のためのパターニングを行い、ショットキー電極
材料のPd(100nm)を蒸着し、レジスト等の除去
洗浄を行った。After the annealing, a resist is applied and patterned to form an ohmic electrode material Ti (25n).
m) / Al (150 nm) is deposited, and after removing and cleaning the resist and the like, in order to obtain an ohmic contact,
Heat treatment was performed at 700 ° C. for 1 minute in a nitrogen atmosphere. After forming the ohmic electrode, a resist was applied and patterned for forming a Schottky electrode, Pd (100 nm) of a Schottky electrode material was deposited, and the resist and the like were removed and washed.
【0027】本発明方法を用いて作製したショットキー
ダイオードのI−V特性の結果を図3に示す。また、比
較として、n型GaN層のプラズマエッチング後、窒素
プラズマ処理を行わずにアニール処理のみを行って作製
したショットキーダイオードと、n型GaN層のプラズ
マエッチングを行わずに作製したショットキーダイオー
ドとにおけるI−V特性も図3に示す。FIG. 3 shows the results of the IV characteristics of the Schottky diode manufactured by using the method of the present invention. For comparison, a Schottky diode manufactured by performing only an annealing process without performing a nitrogen plasma process after performing plasma etching of an n-type GaN layer and a Schottky diode manufactured without performing a plasma etching of an n-type GaN layer FIG. 3 also shows the IV characteristics of the above.
【0028】さらに、表2に、本発明方法で作製したシ
ョットキーダイオードと、n型GaN層のプラズマエッ
チング後窒素プラズマ処理を行わずにアニール処理のみ
を行って作製したショットキーダイオードと、n型Ga
N層のプラズマエッチングを行わずにアズグローンのn
型GaNを用いて作製したショットキーダイオーとにお
けるダイオード特性を表すダイオード理想因子(n)、
ショットキー障壁高さ(φb)、逆方向電流0.1μA
における逆方向電圧(VR)をそれぞれ示す。Further, Table 2 shows that the Schottky diode manufactured by the method of the present invention, the Schottky diode manufactured by performing only the annealing process without performing the nitrogen plasma process after the plasma etching of the n-type GaN layer, and the n-type Ga
As Grown n without plasma etching of N layer
Ideality factor (n) representing the diode characteristics between a Schottky diode and a Schottky diode fabricated using GaN
Schottky barrier height (φ b ), reverse current 0.1 μA
Respectively reverse voltage (V R) in the.
【0029】[0029]
【表2】 [Table 2]
【0030】図3及び表2において、エッチング無しで
作製したショットキーダイオード特性との比較から明ら
かなように、エッチング後窒素プラズマ処理を行わずに
アニール処理のみを行って作製したショットキーダイオ
ードでは、プラズマエッチングによるダメージや不純物
による影響で、ダイオード理想因子の増加、ショットキ
ー障壁高さの減少、逆方向電流の増加がみられる。一
方、本発明方法で作製したショットキーダイオードで
は、エッチング無しで作製したショットキーダイオード
特性と同等の結果が得られている。In FIG. 3 and Table 2, it is clear from the comparison with the characteristics of the Schottky diode manufactured without etching that the Schottky diode manufactured by performing only the annealing treatment without performing the nitrogen plasma processing after the etching is: Due to the damage due to plasma etching and the influence of impurities, the diode ideality factor increases, the Schottky barrier height decreases, and the reverse current increases. On the other hand, in the Schottky diode manufactured by the method of the present invention, a result equivalent to the characteristic of the Schottky diode manufactured without etching is obtained.
【0031】表3は、上記窒素プラズマ処理を、ヘリウ
ムプラズマ処理、ネオンプラズマ処理、キセノンプラズ
マ処理、クリプトンプラズマ処理、水素プラズマ処理及
びこれらの混合ガスプラズマ処理に代えて作製したショ
ットキーダイオードの特性を示している。なお、ガス種
以外のプロセス条件は全て同じである。Table 3 shows the characteristics of the Schottky diode produced by replacing the nitrogen plasma treatment with a helium plasma treatment, a neon plasma treatment, a xenon plasma treatment, a krypton plasma treatment, a hydrogen plasma treatment and a mixed gas plasma treatment thereof. Is shown. The process conditions other than the gas type are all the same.
【0032】[0032]
【表3】 [Table 3]
【0033】表3の結果から、窒素プラズマ処理をヘリ
ウムプラズマ処理、ネオンプラズマ処理、キセノンプラ
ズマ処理、クリプトンプラズマ処理、水素プラズマ処理
及びこれらの混合ガスプラズマ処理に代えても効果があ
ることが確認された。これらのことから、本発明の製造
技術により、プラズマエッチングでGaN界面や膜中に
生じたダメージや不純物による悪影響が減少することが
明確である。From the results shown in Table 3, it was confirmed that the nitrogen plasma treatment was effective even when it was replaced with helium plasma treatment, neon plasma treatment, xenon plasma treatment, krypton plasma treatment, hydrogen plasma treatment, or a mixed gas plasma treatment. Was. From these facts, it is clear that the manufacturing technique of the present invention reduces the damage caused in the GaN interface and the film by plasma etching and the adverse effect due to impurities.
【0034】本実施例により、本発明の製造技術が、シ
ョットキーダイオードの製造のみならずプラズマエッチ
ングが必要なLED、LD、FET等の製造に有効性で
あることが明らかである。According to the present embodiment, it is clear that the manufacturing technique of the present invention is effective not only for manufacturing Schottky diodes but also for manufacturing LEDs, LDs, FETs and the like that require plasma etching.
【0035】実施例3 図4の平面図及び図5の断面図(図4のV−V線断面
図)に示すような窒化ガリウム系化合物半導体のLED
を作製した。まず、MOCVD法により、サファイア基
板41上に膜厚30nmの低温バッファー層42、Si
ドープn型GaN層(2.5nm)43、InGaN
(3nm)/GaN(7nm)3周期量子井戸活性層4
4、MgドープAlGaNクラッド層(20nm)4
5、MgドープGaNコンタクト層(200nm)46
を形成した。Example 3 A gallium nitride-based compound semiconductor LED as shown in the plan view of FIG. 4 and the cross-sectional view of FIG. 5 (cross-sectional view taken along line VV of FIG. 4)
Was prepared. First, a 30-nm-thick low-temperature buffer layer 42 and a Si film were formed on a sapphire substrate 41 by MOCVD.
Doped n-type GaN layer (2.5 nm) 43, InGaN
(3 nm) / GaN (7 nm) three-period quantum well active layer 4
4. Mg-doped AlGaN cladding layer (20 nm) 4
5. Mg-doped GaN contact layer (200 nm) 46
Was formed.
【0036】次に、プラズマエッチング時のマスクとな
るNiを全面蒸着し、n型電極を形成するためにレジス
トを塗布してパターニングを行い、不用部分をウエット
エッチングで除去し、膜の一部をプラズマエッチングし
てn型GaN層43を露出させた。プラズマエッチング
は、BCl3ガスを10sccmで流し、圧力3Pa、
RFパワー100Wの条件で7分行った。このときのエ
ッチング深さは450nmである。BCl3プラズマに
よるエッチング終了後、ガスをN2に切り換え、圧力5
Pa、RFパワー3Wの窒素プラズマに5分間曝した。
試料をエッチング装置から取り出し、Niをウエットエ
ッチングにより除去し、窒素雰囲気中で、700℃、2
0分の熱処理を行った。熱処理後、n型電極形成のため
のパターニングを行い、蒸着でn型電極Ti(15n
m)/Al(80nm)/Ni(10)/Au(80n
m)47を形成した。Next, Ni as a mask for plasma etching is vapor-deposited on the entire surface, a resist is applied and patterned to form an n-type electrode, unnecessary portions are removed by wet etching, and a part of the film is removed. The n-type GaN layer 43 was exposed by plasma etching. Plasma etching is performed by flowing BCl 3 gas at a flow rate of 10 sccm and a pressure of 3 Pa,
The test was performed for 7 minutes under the condition of RF power of 100 W. The etching depth at this time is 450 nm. After etching with BCl 3 plasma, the gas was switched to N 2 and the pressure
It was exposed to nitrogen plasma of Pa and RF power of 3 W for 5 minutes.
The sample was taken out of the etching apparatus, and Ni was removed by wet etching.
A heat treatment for 0 minutes was performed. After the heat treatment, patterning for forming an n-type electrode is performed, and the n-type electrode Ti (15n
m) / Al (80 nm) / Ni (10) / Au (80n
m) 47 was formed.
【0037】n型電極47を形成後、レジストを除去し
た。なお、n型電極とn型半導体との合金化のための熱
処理は必要に応じて行えばよい。次に、レジストを塗布
してp型電極形成のためのパターニングを行い、蒸着で
p電極Ni(10nm)/Au(150nm)48を形
成した後、レジストを除去した。なお、p型電極48と
p型半導体との合金化のための熱処理は必要に応じて行
えばよい。After forming the n-type electrode 47, the resist was removed. Note that heat treatment for alloying the n-type electrode and the n-type semiconductor may be performed as needed. Next, a resist was applied to perform patterning for forming a p-type electrode. After forming a p-electrode Ni (10 nm) / Au (150 nm) 48 by vapor deposition, the resist was removed. The heat treatment for alloying the p-type electrode 48 and the p-type semiconductor may be performed as needed.
【0038】さらに、本実施例では、エッチング後のn
型電極間の評価を行うために、LED構造電極とn型電
極とのテストパター(テスト電極)を同時に形成した。
このテスト電極の平面図を図6に、図6のVII−VII線断
面図を図7にそれぞれ示す。Further, in the present embodiment, n
In order to evaluate between the mold electrodes, a test pattern (test electrode) of the LED structure electrode and the n-type electrode was simultaneously formed.
FIG. 6 is a plan view of the test electrode, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII of FIG.
【0039】図8に、本発明方法で作製したLEDのI
−V曲線(実線)と、従来法で作製したLEDのI−V
曲線(一点鎖線)とを示す。従来法によるLEDは、p
型層のMg活性化熱処理を電極形成プロセスの前に行
い、プラズマエッチング後の窒素プラズマ処理と窒素雰
囲気中での700℃の熱処理とは行わずに作製したもの
である。また、従来法では、プラズマエッチング処理後
に王水洗浄を行っている。なお、本発明方法で作製した
LEDでは、電極形成プロセス前のp型層のMg活性化
熱処理は行っていない。図8の結果から明らかなよう
に、本発明方法でLEDを作製することにより、順方向
電圧が4.5Vから3.8Vへと0.7V改善したこと
がわかる。FIG. 8 shows the I of the LED manufactured by the method of the present invention.
-V curve (solid line) and IV of LED manufactured by the conventional method
Curve (dashed-dotted line). The conventional LED has p
This was fabricated by performing the Mg activation heat treatment of the mold layer before the electrode forming process, without performing the nitrogen plasma treatment after the plasma etching and the heat treatment at 700 ° C. in the nitrogen atmosphere. In the conventional method, aqua regia cleaning is performed after the plasma etching process. In the LED manufactured by the method of the present invention, the p-type layer was not subjected to the Mg activation heat treatment before the electrode forming process. As is clear from the results of FIG. 8, it was found that the forward voltage was improved by 0.7 V from 4.5 V to 3.8 V by manufacturing the LED by the method of the present invention.
【0040】図6及び図7に示したn型電極のテストパ
ターを使った評価から、本発明方法を用いることによ
り、電極間抵抗が17.6Ωから10.1Ωに改善して
いるのがわかった。本実施例より、本発明の製造方法
が、オーミック性コンタクト形成に非常に有効であるこ
とが明らかである。From the evaluation using the test pattern of the n-type electrode shown in FIGS. 6 and 7, it was found that the resistance between the electrodes was improved from 17.6Ω to 10.1Ω by using the method of the present invention. Was. From this example, it is clear that the manufacturing method of the present invention is very effective for forming ohmic contacts.
【0041】実施例4 図9〜図12の断面図に示す工程でnpnバイポーラト
ランジスタを作製し、その評価を行った。まず、MOC
VD法により、サファイア基板51の上に、膜厚30n
mの低温バッファー層52、膜厚2μmのn+−GaN
サブコレクター層(Si濃度1×1019cm−3)5
3、膜厚700nmのn−−GaNコレクター層(キャ
リア密度6×1016cm−3)54、膜厚100nm
のGaNベース層(Mg濃度1×1020cm−3)5
5、膜厚500nmのn+−GaNエミッター層(Si
濃度1×1019cm−3)56を順次形成した(図
9)。Example 4 An npn bipolar transistor was manufactured through the steps shown in the sectional views of FIGS. 9 to 12, and its evaluation was performed. First, MOC
By the VD method, a film thickness of 30 n is formed on the sapphire substrate 51.
m low-temperature buffer layer 52, 2 μm-thick n + -GaN
Sub-collector layer (Si concentration 1 × 10 19 cm −3 ) 5
3. An n − -GaN collector layer (carrier density: 6 × 10 16 cm −3 ) 54 having a thickness of 700 nm, and a thickness of 100 nm
GaN base layer (Mg concentration 1 × 10 20 cm −3 ) 5
5. 500 nm-thick n + -GaN emitter layer (Si
Concentrations of 1 × 10 19 cm −3 ) 56 were sequentially formed (FIG. 9).
【0042】次に、プラズマエッチング時のマスクとな
るNi(ニッケル層)57を全面蒸着し、コレクター電
極を形成するためにレジストを塗布してパターニングを
行い、不用部分のNi57をウエットエッチングで除去
し、膜の一部をプラズマエッチングしてGaNサブコレ
クター層53を露出させた。プラズマエッチングは、B
Cl3ガスを10sccmで流し、圧力3Pa、RFパ
ワー100Wの条件で約17分行った。このときのエッ
チング深さは1.11μmである(図10)。Next, a Ni (nickel layer) 57 serving as a mask for plasma etching is vapor-deposited on the entire surface, a resist is applied to form a collector electrode, patterning is performed, and unnecessary portions of Ni 57 are removed by wet etching. Then, a part of the film was subjected to plasma etching to expose the GaN subcollector layer 53. Plasma etching is B
This was performed for about 17 minutes under the conditions of a flow of Cl 3 gas at 10 sccm, a pressure of 3 Pa, and an RF power of 100 W. The etching depth at this time is 1.11 μm (FIG. 10).
【0043】所定の深さのエッチングを行った後、ベー
ス電極を形成するために、レジストを塗布してパターニ
ングを行い、Ni57をウエットエッチングで除去し、
膜の一部をプラズマエッチングしてGaNベース層55
を露出させた。プラズマエッチングは、BCl3ガスを
10sccmで流し、圧力3Pa、RFパワー100W
の条件で約8分行う。このときのエッチング深さは51
0μmである。BCl 3プラズマによるエッチングを終
了後、ガスをN2に切り換え、圧力5Pa、RFパワー
3Wの窒素プラズマに5分間曝した(図11)。試料を
エッチング装置から取り出し、Ni57をウエットエッ
チングにより除去し、窒素雰囲気中で、700℃、20
分の熱処理を行った。After etching to a predetermined depth, the base
Apply resist and pattern to form
Is performed, and Ni57 is removed by wet etching.
A portion of the film is plasma etched to form a GaN base layer 55
Was exposed. Plasma etching is BCl3Gas
Flow at 10sccm, pressure 3Pa, RF power 100W
Approximately 8 minutes under the above conditions. The etching depth at this time is 51
0 μm. BCl 3Finish etching by plasma
After completion, gas is N2, Pressure 5Pa, RF power
It was exposed to a 3 W nitrogen plasma for 5 minutes (FIG. 11). Sample
Take it out of the etching equipment and remove Ni57
And removed in a nitrogen atmosphere at 700 ° C. for 20 minutes.
For a minute.
【0044】最後に、レジストを塗布してパターニング
を行い、蒸着によってコレクター電極58、エミッター
電極59及びベース電極60をそれぞれ形成した(図1
2)。このときのコレクター電極58とエミッター電極
59の構造は、Ti(15nm)/Al(80nm)/
Ni(10nm)/Au(80nm)であり、ベース電
極60の構造は、Ni(10nm)/Au(150n
m)である。電極の合金化の熱処理は、必要に応じて行
えばよい。Finally, a resist is applied and patterned, and a collector electrode 58, an emitter electrode 59, and a base electrode 60 are formed by vapor deposition (FIG. 1).
2). At this time, the structure of the collector electrode 58 and the emitter electrode 59 is Ti (15 nm) / Al (80 nm) /
Ni (10 nm) / Au (80 nm), and the structure of the base electrode 60 is Ni (10 nm) / Au (150 n).
m). The heat treatment for alloying the electrodes may be performed as needed.
【0045】本実施例では、ベース電極60のオーミッ
ク性を調べるために、図13に平面図で示すテスト電極
も同時に形成した。In this embodiment, a test electrode shown in a plan view in FIG. 13 was formed at the same time to check the ohmic properties of the base electrode 60.
【0046】図14は、ベース層55に形成したテスト
電極60間のI−V特性を示すもので、従来法(一点鎖
線)で作製した試料に比べ、本発明方法(実線)を用い
ることでオーミック接触特性が大幅に改善しているのが
明らかである。なお、従来技術では、Mgの活性化のた
めの熱処理はNiマスク形成前に窒素雰囲気中で700
℃、20分の条件で行い、エッチング後のプラズマ処
理、熱処理は行っていない。FIG. 14 shows the IV characteristics between the test electrodes 60 formed on the base layer 55. Compared with the sample manufactured by the conventional method (dashed line), the method of the present invention (solid line) is used. It is clear that the ohmic contact properties have been greatly improved. According to the conventional technique, the heat treatment for activating Mg is performed in a nitrogen atmosphere before forming the Ni mask.
The plasma treatment and the heat treatment were not performed after the etching at 20 ° C. for 20 minutes.
【0047】表4に、従来法で作製したnpnトランジ
スタと本発明方法を用いて作製したnpnトランジスタ
とにおける電流増幅率を示す。トランジスタはエミッタ
ー接地とし、ベース電流1mA、コレクター−エミッタ
ー間電圧12Vで測定した。本発明の製造技術の採用に
より、電流増幅率は1.7倍から4.2倍と飛躍的に改
善した。Table 4 shows the current amplification factors of the npn transistor manufactured by the conventional method and the npn transistor manufactured by the method of the present invention. The transistor was measured with a grounded emitter, a base current of 1 mA, and a collector-emitter voltage of 12 V. By adopting the manufacturing technique of the present invention, the current amplification factor has been dramatically improved from 1.7 times to 4.2 times.
【0048】[0048]
【表4】 [Table 4]
【0049】以上の結果から、本発明がバイポーラトラ
ンジスタの製造に有効であることが明らかである。な
お、本発明方法がヘテロバイポーラトランジスタ及びダ
イオードの製造に有効であることはいうまでもない。From the above results, it is clear that the present invention is effective for manufacturing a bipolar transistor. It is needless to say that the method of the present invention is effective for manufacturing heterobipolar transistors and diodes.
【0050】実施例5 図15〜図17の断面図に示す工程でリセスゲート構造
型モジュレーションドープFET(MODFET)を作
製し、その評価を行った。まず、MOCVD法により、
サファイア基板61上に膜厚30nmの低温バッファー
層62、膜厚2.5μmのi−GaN層63、膜厚10
nmのi−Al0.26Ga0.74Nスペーサー層6
4、膜厚20nmのn+−Al0.26Ga0.74N
層(Si濃度1×1018cm−3)65、膜厚20n
mのn+−GaN層(Si濃度1×1019cm−3)
66を順次形成した(図15)。Example 5 A recess gate structure type modulation doped FET (MODFET) was manufactured by the steps shown in the sectional views of FIGS. 15 to 17, and its evaluation was performed. First, by MOCVD method,
A low-temperature buffer layer 62 having a thickness of 30 nm, an i-GaN layer 63 having a thickness of 2.5 μm, and a film thickness of 10
nm i-Al 0.26 Ga 0.74 N spacer layer 6
4. n + -Al 0.26 Ga 0.74 N with a thickness of 20 nm
Layer (Si concentration 1 × 10 18 cm −3 ) 65, film thickness 20 n
m n + -GaN layer (Si concentration 1 × 10 19 cm −3 )
66 were sequentially formed (FIG. 15).
【0051】まず、素子間分離を行う。次に、レジスト
を塗布してパターニングを行い、蒸着によりソース電極
67及びドレーン電極68を形成し、その後、リフトオ
フして不要部分を除去した。次に、レジストを塗布して
リセスゲート構造のゲート電極69を作製するためのパ
ターニングを行い、膜の一部をプラズマエッチングして
n+−Al0.26Ga0.74N層65を露出させた
(図16)。プラズマエッチングは、BCl3ガスを1
0sccmで流し、圧力3Pa、RFパワー10Wの条
件で約10分行った。このときのエッチング深さは30
nmである。BCl3プラズマによるエッチング終了
後、ガスをN2に切り換え、圧力5Pa、RFパワー3
Wの窒素プラズマに5分間曝した。試料をエッチング装
置から取り出し、レジストを除去して窒素雰囲気中で、
500℃、40分の熱処理を行った。次に、レジストを
塗布してゲート電極69を形成するためのパターンニン
グを行い、蒸着によりゲート電極69を形成した。First, isolation between elements is performed. Next, a resist was applied and patterned, and a source electrode 67 and a drain electrode 68 were formed by vapor deposition. Thereafter, unnecessary portions were removed by lift-off. Next, a resist was applied to perform patterning for forming a gate electrode 69 having a recess gate structure, and a part of the film was plasma-etched to expose the n + -Al 0.26 Ga 0.74 N layer 65. (FIG. 16). In the plasma etching, BCl 3 gas is
The flow was performed at 0 sccm, the pressure was set to 3 Pa, and the RF power was set to 10 W for about 10 minutes. The etching depth at this time is 30
nm. After the etching with BCl 3 plasma was completed, the gas was switched to N 2 , the pressure was 5 Pa, and the RF power was 3
Exposure to W nitrogen plasma for 5 minutes. Remove the sample from the etching device, remove the resist, and in a nitrogen atmosphere,
Heat treatment was performed at 500 ° C. for 40 minutes. Next, a resist was applied to perform patterning for forming the gate electrode 69, and the gate electrode 69 was formed by vapor deposition.
【0052】ソース電極67とドレーン電極68の構造
は、Ti(25nm)/Al(150nm)であり、ゲ
ート電極69の構造は、Pt(10nm)/Ti(40
nm)/Au(100nm)である。なお、ゲートの構
造は、ゲート長2μm、ゲート幅15μmとした(図1
7)。The structure of the source electrode 67 and the drain electrode 68 is Ti (25 nm) / Al (150 nm), and the structure of the gate electrode 69 is Pt (10 nm) / Ti (40
nm) / Au (100 nm). The gate structure was 2 μm in gate length and 15 μm in gate width (FIG. 1).
7).
【0053】表5に、エッチング後に窒素プラズマ処理
と窒素雰囲気中熱処理(500℃、40分)とを行わな
い従来法で作製したMODFETと本発明方法を採用し
て作製したMODFETとにおける最大相互コンダクタ
ンスとドレーン−ソース電流をと示す。なお、ソース−
ドレーン電流は、最大相互コンダクタンス時の電流であ
る。Table 5 shows the maximum mutual conductance between the MODFET manufactured by the conventional method and the MODFET manufactured by using the method of the present invention, in which the nitrogen plasma treatment and the heat treatment in a nitrogen atmosphere (500 ° C., 40 minutes) are not performed after the etching. And drain-source current. The source-
The drain current is the current at the time of the maximum transconductance.
【0054】[0054]
【表5】 [Table 5]
【0055】表5から明らかなように、本発明方法を採
用することにより、MODFETの最大相互コンダクタ
ンスは146mS/mmと大きな改善が見られる。As is clear from Table 5, the maximum transconductance of the MODFET is significantly improved to 146 mS / mm by employing the method of the present invention.
【0056】[0056]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の窒化ガリ
ウム系化合物半導体素子の製造方法によれば、プラズマ
エッチングにより窒化ガリウム系化合物半導体に生じた
ダメージを回復し、良好な電気特性を有する窒化ガリウ
ム系化合物半導体素子を製造することができる。As described above, according to the method of manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor device of the present invention, damage caused on a gallium nitride-based compound semiconductor by plasma etching is recovered, and the nitrided semiconductor having good electric characteristics is obtained. A gallium-based compound semiconductor device can be manufactured.
【図1】 実施例1で作製したショットキーダイオード
の構造を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a Schottky diode manufactured in Example 1.
【図2】 実施例1で作製したショットキーダイオード
のI−V特性を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an IV characteristic of the Schottky diode manufactured in Example 1.
【図3】 実施例2で作製したショットキーダイオード
のI−V特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing IV characteristics of a Schottky diode manufactured in Example 2.
【図4】 実施例3で作製した窒化ガリウム系化合物半
導体のLEDを示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing a gallium nitride-based compound semiconductor LED manufactured in Example 3.
【図5】 図4のV−V線断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along line VV of FIG. 4;
【図6】 実施例3で作製したテスト電極の平面図であ
る。FIG. 6 is a plan view of a test electrode manufactured in Example 3.
【図7】 図6のVII−VII線断面図である。FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII of FIG. 6;
【図8】 実施例3で作製した窒化ガリウム系化合物半
導体のLEDのI−V曲線を示す図である。8 is a diagram showing an IV curve of a gallium nitride-based compound semiconductor LED manufactured in Example 3. FIG.
【図9】 実施例4におけるnpnバイポーラトランジ
スタの第1製作工程を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a first manufacturing step of an npn bipolar transistor in Example 4.
【図10】 実施例4におけるnpnバイポーラトラン
ジスタの第2製作工程を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a second manufacturing step of the npn bipolar transistor in the fourth embodiment.
【図11】 実施例4におけるnpnバイポーラトラン
ジスタの第3製作工程を示す断面図である。FIG. 11 is a sectional view showing a third manufacturing step of the npn bipolar transistor in the fourth embodiment.
【図12】 実施例4で作製したnpnバイポーラトラ
ンジスタの断面図である。FIG. 12 is a sectional view of the npn bipolar transistor manufactured in Example 4.
【図13】 実施例4で作製したテスト電極の平面図で
ある。FIG. 13 is a plan view of a test electrode manufactured in Example 4.
【図14】 実施例4で作製したnpnバイポーラトラ
ンジスタのI−V特性を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing the IV characteristics of the npn bipolar transistor manufactured in Example 4.
【図15】 実施例5におけるリセスゲート構造型モジ
ュレーションドープFETの第1製作工程を示す断面図
である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a first manufacturing step of the recessed gate structure type modulation doped FET in Example 5.
【図16】 実施例5におけるリセスゲート構造型モジ
ュレーションドープFETの第2製作工程を示す断面図
である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing a second manufacturing step of the recessed gate type modulation doped FET in the fifth embodiment.
【図17】 実施例5で作製したリセスゲート構造型モ
ジュレーションドープFETの断面図である。FIG. 17 is a sectional view of a recessed gate structure type modulation doped FET manufactured in Example 5.
【図18】 窒化ガリウム系LEDの積層構造を示す断
面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a laminated structure of a gallium nitride-based LED.
【図19】 窒化ガリウム系LEDの電極構造を示す断
面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view showing an electrode structure of a gallium nitride-based LED.
【図20】 リセスゲート構造窒化ガリウム系MODF
ETの積層構造を示す断面図である。FIG. 20: Gallium nitride MODF with recess gate structure
It is sectional drawing which shows the laminated structure of ET.
【図21】 リセスゲート構造窒化ガリウム系MODF
ETの電極構造を示す断面図である。FIG. 21: Gallium nitride based MODF with recess gate structure
It is sectional drawing which shows the electrode structure of ET.
31…サファイア基板、32…低温バッファー層、33
…Siドープn型GaN層、34…オーミック電極、3
5…ショットキー電極、41…サファイア基板、42…
低温バッファー層、43…Siドープn型GaN層、4
4…InGaN/GaN3周期量子井戸活性層、45…
MgドープAlGaNクラッド層、46…MgドープG
aNコンタクト層、47…n型電極、48…p電極、5
1…サファイア基板、52…低温バッファー層、53…
n+−GaNサブコレクター層、54…n−−GaNコ
レクター層、55…GaNベース層、56…n+−Ga
Nエミッター層、57…Ni(ニッケル層)、58…コ
レクター電極、59…エミッター電極、60…ベース電
極、61…サファイア基板、62…低温バッファー層、
63…i−GaN層、64…i−Al0.26Ga
0.74Nスペーサー層、65…n+−Al0.26G
a0.74N層、66…n+−GaN層、67…ソース
電極、68…ドレーン電極、69…ゲート電極31: sapphire substrate, 32: low-temperature buffer layer, 33
... Si-doped n-type GaN layer, 34 ... Ohmic electrode, 3
5 Schottky electrode 41 Sapphire substrate 42
Low-temperature buffer layer, 43... Si-doped n-type GaN layer, 4
4 ... InGaN / GaN three-period quantum well active layer, 45 ...
Mg-doped AlGaN cladding layer, 46 ... Mg-doped G
aN contact layer, 47 ... n-type electrode, 48 ... p electrode, 5
1: sapphire substrate, 52: low temperature buffer layer, 53:
n + -GaN sub-collector layer, 54 ... n -- GaN collector layer, 55 ... GaN base layer, 56 ... n + -Ga
N emitter layer, 57 Ni (nickel layer), 58 collector electrode, 59 emitter electrode, 60 base electrode, 61 sapphire substrate, 62 low-temperature buffer layer,
63 ... i-GaN layer, 64 ... i-Al 0.26 Ga
0.74 N spacer layer, 65... N + -Al 0.26 G
a 0.74 N layer, 66 ... n + -GaN layer, 67 ... source electrode, 68 ... drain electrode, 69 ... gate electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/737 H01L 29/72 H 21/331 29/80 F 21/338 29/812 (72)発明者 江川 孝志 愛知県名古屋市昭和区御器所町 名古屋工 業大学内 (72)発明者 石川 博康 愛知県名古屋市昭和区御器所町 名古屋工 業大学内 (72)発明者 阿久津 仲男 東京都港区西新橋1−16−7 日本酸素株 式会社内 (72)発明者 松本 功 東京都港区西新橋1−16−7 日本酸素株 式会社内 Fターム(参考) 4M104 AA04 BB05 BB06 BB07 BB14 CC01 CC03 DD22 DD34 DD68 DD71 DD78 DD83 FF03 FF17 FF31 GG03 GG04 GG06 GG12 HH11 HH15 HH17 5F003 BA92 BC08 BE90 BH08 BH99 BM02 BM03 BP12 BP32 BZ01 BZ03 5F004 DA01 DA04 DA11 DA17 DA22 DA24 DA26 DB19 EB01 FA01 FA08 5F041 AA40 AA44 CA12 CA22 CA40 CA49 CA57 CA65 CA73 CA75 CA77 CA82 CA92 CA99 5F102 FA02 GB01 GC01 GD01 GJ10 GK04 GK08 GL04 GM04 GN04 GR04 GT03 HC01 HC15 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) H01L 29/737 H01L 29/72 H 21/331 29/80 F 21/338 29/812 (72) Inventor Takashi Egawa Nagoya Institute of Technology, Nagoya Institute of Technology, Showa-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture (72) Inventor Hiroyasu Ishikawa Nagoya Institute of Technology, Nagoya City, Aichi Prefecture, Nagoya Institute of Technology (72) Inventor Nakao Akutsu 1, Nishishinbashi, Minato-ku, Tokyo -16-7 Nippon Sanso Co., Ltd. (72) Isao Matsumoto Inventor 1-16-7 Nishi-Shimbashi, Minato-ku, Tokyo F-term (reference) 4M104 AA04 BB05 BB06 BB07 BB14 CC01 CC03 DD22 DD34 DD68 DD71 DD78 DD83 FF03 FF17 FF31 GG03 GG04 GG06 GG12 HH11 HH15 HH17 5F003 BA92 BC08 BE90 BH08 BH99 BM02 BM03 BP12 BP32 BZ01 BZ03 5F004 DA01 DA04 DA11 DA17 DA22 DA24 DA26 DB19 EB04 FA01 FA08 A01A44 A 12 CA22 CA40 CA49 CA57 CA65 CA73 CA75 CA77 CA82 CA92 CA99 5F102 FA02 GB01 GC01 GD01 GJ10 GK04 GK08 GL04 GM04 GN04 GR04 GT03 HC01 HC15
Claims (3)
積層し、該積層された半導体層の一部をプラズマエッチ
ングし、該エッチングされて露出した電極コンタクト半
導体層に電極を形成する窒化ガリウム系化合物半導体素
子の製造方法であって、前記半導体層の一部を塩素又は
三塩化ホウ素等の反応性ガスを含むプラズマ中でエッチ
ングした後、該エッチングにより露出した半導体層を不
活性ガスプラズマに曝した後、該半導体層に電極を形成
することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体素子
の製造方法。1. A gallium nitride-based compound in which a gallium nitride-based compound semiconductor is laminated on a substrate, a part of the laminated semiconductor layer is plasma-etched, and an electrode is formed on the etched electrode contact semiconductor layer. In a method for manufacturing a semiconductor element, after partially etching the semiconductor layer in a plasma containing a reactive gas such as chlorine or boron trichloride, the semiconductor layer exposed by the etching is exposed to an inert gas plasma. And forming an electrode on the semiconductor layer.
らに300℃以上で熱処理することを特徴とする請求項
1記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法。2. The method of manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor device according to claim 1, wherein a heat treatment is further performed at 300 ° C. or more after said inert gas plasma treatment.
ガスが、窒素、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノ
ン及び水素のいずれか1種、又は、これらの2種以上の
混合ガスであることを特徴とする請求項1記載の窒化ガ
リウム系化合物半導体素子の製造方法。3. The gas used in the inert gas plasma treatment is one of nitrogen, helium, neon, krypton, xenon, and hydrogen, or a mixed gas of two or more of these. The method for producing a gallium nitride-based compound semiconductor device according to claim 1.
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