JP4329307B2

JP4329307B2 - Method of manufacturing nitride semiconductor device

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Publication number: JP4329307B2
Application number: JP2002165956A
Authority: JP
Inventors: 治松本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2022-06-06
Also published as: JP2004014796A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザなどに用いられる窒化物半導体の製造方法、および、窒化物半導体からなる基板の上に窒化物半導体層が形成された窒化物半導体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物半導体は、直接遷移の半導体材料であると共に、禁制帯幅が１．９〜６．２ｅＶにわたっているという特徴を有している。従って、この窒化物半導体は可視領域から紫外領域までの発光を得ることができ、半導体レーザ（laser diode ；ＬＤ）や発光ダイオード（light emitting diode；ＬＥＤ）などの半導体発光素子を構成する材料として注目されている。また、窒化物半導体は、飽和電子速度および破壊電界が大きいことから、電子素子を構成する材料として注目されている。
【０００３】
このような窒化物半導体素子、特に窒化物半導体発光素子では、窒化物半導体からなる基板の表面やこの基板上に形成された窒化物半導体層の表面が平坦であることが、プロセスを行う上で非常に重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、窒化物半導体の結晶成長方法では、格子欠陥を取り除くために、成長の基礎となる種結晶部に対して横方向、すなわち形成される層面に対して水平方向に成長する結晶には種結晶部に由来する転位が少ないことを利用した結晶成長法が行われている。このような結晶成長方法によって、基板の上に窒化物半導体の結晶を成長させると、基板のエッジ部において異常成長が起こって、突起が生じる。また、基板の表面で塵が付着した領域の上に結晶成長を行うと、塵を核として結晶が成長して、異常成長が起こり、突起が生じる。更に、塵が基板の表面に付着すると、その塵自体が突起となる。
【０００５】
このように基板の表面に発生した突起の高さが例えば１μｍより大きい場合に、基板に複数のプロセスを施すと、様々な問題が生ずる。特に、突起が存在する基板の表面を所定の平面に接触させてプロセスを行う場合に問題が生ずる。例えば、図１１に示したように、フォトリソグラフィ法によって、接触型の露光装置を用いて、フォトマスク１５１と基板１１１とを接触させてプロセスを行う場合、基板１１１の上から圧力を加えたときに、基板１１１の表面に突起１１５が存在すると、基板１１１の表面全体に均等に圧力が加わらず、基板割れが発生するという虞があった。また、基板の薄膜化工程において土台に貼り付けて基板の裏面の研削を行う場合、基板の上から圧力を加えたときに、基板の裏面に突起が存在すると、フォトリソグラフィ工程の場合と同様に、突起によって基板の裏面全体に均等に圧力が加わらず、基板割れが発生するという問題があった。その結果、窒化物半導体または窒化物半導体素子の製造の生産性および歩留まりが低下するという問題があった。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、生産性および歩留まりを向上させることができる窒化物半導体の製造方法および窒化物半導体素子の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による窒化物半導体素子の製造方法は、基板の上に窒化物半導体層を形成する工程と、基板に異なった処理を行う複数の工程を含む製造方法であって、複数の工程のうちの所定の工程に先立って、窒化物半導体層の表面のうちの少なくとも突起が生じた領域を除く平坦な領域に、二酸化珪素（ＳｉＯ ₂ ）よりなるマスクを形成する工程と、マスクが形成された窒化物半導体層の表面を研磨する工程とを含むものである。
【０００９】
本発明による窒化物半導体素子の製造方法では、複数の工程のうちの所定の工程に先立って、窒化物半導体層に生じた突起を除去する工程として、窒化物半導体層の表面に二酸化珪素（ＳｉＯ ₂ ）よりなるマスクを形成する工程と、マスクが形成された窒化物半導体層の表面を研磨する工程とを含むようにしたので、窒化物半導体層の表面が平坦となって、その後の所定の工程、特に、フォトリソグラフィ工程において、接触型の露光装置を用いてフォトマスクと窒化物半導体層とを接触させるようにしても、窒化物半導体層の表面全体に均等に圧力が加えられる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１〜図９を参照して、本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体素子の製造方法としての窒化物半導体レーザの製造方法について説明する。なお、図３は図２の一部分を拡大した概略断面図、図５は図４の一部分を拡大した概略断面図である。また、本発明の窒化物半導体の製造方法は、窒化物半導体素子の製造方法によって具現化されるので、以下併せて説明する。
【００１２】
なお、ここでいう窒化物半導体とは、ガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）とを含んだ窒化ガリウム系化合物のことであり、例えばＧａＮ，ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウム・ガリウム）混晶，あるいはＡｌＧａＩｎＮ（窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム）混晶などが挙げられる。これらは、必要に応じてＳｉ（シリコン），Ｇｅ（ゲルマニウム），Ｏ（酸素），Ｓｅ（セレン）などのＩＶ族およびＶＩ族元素からなるｎ型不純物、または、Ｍｇ（マグネシウム），Ｚｎ（亜鉛），Ｃ（炭素）などのＩＩ族およびＩＶ族元素からなるｐ型不純物を含有している。
【００１３】
まず、図１に示したように、例えばＡｌ₂Ｏ₃からなる基板１１を用意する。基板１１として、その他にもＳｉ（ケイ素）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＧａＡｓ（砒化ガリウム）、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄（マグネシウム・アルミニウム複合酸化物）、ＬｉＧａＯ₂（リチウム・ガリウム複合酸化物）およびＧａＮ等を用いることができる。また、基板１１としては、これらの材料からなる基板の上に、前述した窒化物半導体が成長されたものも含まれる。
【００１４】
次に、基板１１の上（例えば（０００１）面）に、例えばＧａＮを成長させ、例えば厚さ２μｍの種結晶層１２を形成する。ところで、本実施の形態においては、窒化物半導体の結晶層の成長は、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて行う。その際には、例えば、Ｇａ（ガリウム）の原料ガスとしては（ＣＨ₃）₃Ｇａ（トリメチルガリウム，ＴＭＧ）、アルミニウムの原料ガスとしては（ＣＨ₃）₃Ａｌ（トリメチルアルミニウム）、インジウムの原料ガスとしては（ＣＨ₃）₃Ｉｎ（トリメチルインジウム）、窒素の原料ガスとしてはアンモニアをそれぞれ用いる。また、Ｓｉ（ケイ素）の原料ガスとしてはモノシランを用い、Ｍｇ（マグネシウム）の原料ガスとしては（Ｃ₅Ｈ₅）₂Ｍｇ（ビス＝シクロペンタジエニルマグネシウム）を用いる。
【００１５】
次に、種結晶層１２の上に、例えば厚さ１μｍのＳｉＯ₂（二酸化ケイ素）膜（図示せず）を形成する。なお、ＳｉＯ₂膜は、Ｓｉ_XＮ_Y（窒化珪素，ｘ，ｙは任意の値）により形成してもよく、あるいはＳｉＯ₂およびＳｉ_XＮ_Yの積層膜として形成してもよい。続いて、リソグラフィ法、例えばフォトリソグラフィ法を用いて、ストライプ形状を有する種結晶部をマスクに対してポジ形状で形成するために、ＳｉＯ₂膜の上に、例えば厚さ１．３μｍのフォトレジスト膜（図示せず）を形成する。
【００１６】
続いて、ＳｉＯ₂膜にエッチングを施し、ＳｉＯ₂膜を部分的に除去してマスク（図示せず）を形成する。なお、マスクを形成した後、フォトレジスト膜を酸素アッシング、アセトンによる処理などにより除去する。次に、図２，３に示したように、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）などのドライエッチングを行い、種結晶層１２のマスクに覆われていない部分を除去することにより、互いに離間したストライプ形状の種結晶部１３を形成する。
【００１７】
続いて、同じくマスクを用いて、例えばＲＩＥなどのドライエッチングを行い、基板１１の表面も僅かに、例えば２００ｎｍ程度除去することにより、溝部１１ａを形成する。この溝部１１ａが形成されていると、種結晶部１３からの横方向成長時に成長層が基板１１の表面に接触しないので、応力歪みによる欠陥が層内に発生する虞がなくなる。次いで、フッ酸系溶液、例えばフッ化水素水溶液を用いて、マスクを除去する。
【００１８】
マスクを除去した後、図４，５に示したように、種結晶部１３を基礎としてＧａＮを成長させることにより、被覆成長層１４を形成する。このとき、被覆成長層１４の表面において、前述したように基板１１のエッジ部には種結晶部１３が形成されていないために、異常成長が起こり、例えば高さが１μｍより大きい突起１５が生じる。また、基板１１に塵（図示せず）が付着すると、この塵を核として異常成長が起こり、例えば高さが１μｍより大きい突起１５が生じる。また、被覆成長層１４の表面に塵が付着すると、この塵自体が例えば高さが１μｍより大きい突起１５となる。
【００１９】
次に、図６（Ａ）に示したように、被覆成長層１４の上に、ＳｉＯ₂膜からなるマスク１６を形成する。続いて、図６（Ｂ）に示したように、例えば機械研磨（ラッピング）によって、突起１５の高さが例えば１μｍ以下となるように、マスク１６の表面を研磨する。続いて、フッ酸系溶液、例えばフッ化水素水溶液を用いて、マスク１６を除去する。これによって、被覆成長層１４の表面に生じた突起１５が除去されて、被覆成長層１４の表面が平坦となる。なお、マスク１６は、被覆成長層１４の表面のうち、突起１５が生じた領域以外の領域にのみ選択的に形成するようにしてもよい。
【００２０】
ここで、被覆成長層１４の突起１５を除去するために、基板１１にエッチングを施すようにしてもよい。具体的には、酸性のエッチング溶液として、例えば、塩酸（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）、またはフッ化水素（ＨＦ）水溶液を用いることによって、エッチングを施してもよい。また、アルカリ性のエッチング溶液として、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液、またはアンモニア（ＮＨ₃）水溶液を用いることによって、エッチングを施してもよい。更に、被覆成長層１４の表面にマスクを形成し、このマスクを用いて、反応性イオンエッチング法によって、エッチングを施して、突起１５を選択的に除去するようにしてもよい。これらのエッチング方法のうち、酸性のエッチング溶液またはアルカリ性のエッチング溶液を用いる手法は、突起１５が非結晶である場合に有効である。
【００２１】
また、被覆成長層１４の突起１５を除去するために、基板１１の表面うち、突起１５が生じた領域、例えば、ダイシングによって、基板１１のエッジ部を切り取ることによって、突起１５を除去するようにしてもよい。以上のように、窒化物半導体層、特に被覆成長層１４を形成した後に突起１５を除去することは、窒化物半導体レーザの製造方法において最も有効である。これについては後で詳述する。
【００２２】
続いて、図７（Ａ）に示したように、表面が平坦である被覆成長層１４の上に、例えばＭＯＣＶＤ法などを用いて、窒化物半導体レーザの縦構造を成長させる。すなわち、ＧａＮ：Ｓｉからなる厚さ１．５μｍのｎ側コンタクト層２１、ｎ型Ａｌ_0.08Ｇａ_0.92Ｎからなる厚さ１．０μｍのｎ型クラッド層２２、続いて、ｎ型ＧａＮからなる厚さ０．１μｍのｎ型ガイド層２３を成長させる。その上に、Ｇａ_0.98Ｉｎ_0.02Ｎ／Ｇａ_0.92Ｉｎ_0.08Ｎ多層膜により多重量子井戸構造の活性層２４を形成する。更にその上に、ｐ型ＧａＮからなる厚さ０．１μｍのｐ型ガイド層２５、ｐ型Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／ＧａＮからなる厚さ０．５μｍのｐ型クラッド層２６、ｐ型ＧａＮからなる厚さ０．１μｍのｐ側コンタクト層２７を成長させる。このとき、表面が平坦である被覆成長層１４の上に、窒化物半導体レーザの縦構造としてｎ側コンタクト層２１からｐ側コンタクト層２７までを順次成長させたので、ｐ側コンタクト層２７の表面は平坦となる。
【００２３】
次いで、例えば、アセトンによる処理およびＵＶ（Ultraviole）オゾン処理を行った後、基板１１の上に形成された窒化物半導体層に導入された不純物原子を活性化させるためにアニーリングを行う。アニーリングを行った後に、水酸化カリウム水溶液やフッ化水素系水溶液による処理を行う。
【００２４】
次に、リソグラフィ法、例えばフォトリソグラフィ法によって、接触型の露光装置を用いて、被覆成長層１４の低欠陥領域、すなわち種結晶部１３間の欠陥が少ない領域に対応した領域に、ストライプ状の電流狭窄部を形成するために、マスクを形成する。具体的には、図７（Ｂ）に示したように、表面が平坦であるｐ側コンタクト層２７の上に、例えばＳｉＯ₂膜４１およびフォトレジスト膜４２を順次形成した後、フォトレジスト膜４２の上に開口５１Ａを有するフォトマスク５１を接触させ、開口５１Ａに対してポジ形状でマスク形成するためにフォトマスク５１の上から露光を行う。ここで、先の工程で表面が平坦なｐ側コンタクト層２７の上に、ＳｉＯ₂膜４１およびフォトレジスト膜４２を順次形成したので、フォトレジスト膜４２の表面は平坦となっており、そのため、フォトマスク５１をフォトレジスト膜４２の上に接触させたときに、基板１１の表面全体に均等に圧力が加えられる。
【００２５】
フォトレジスト膜４２を選択的に除去した後、図８に示したように、ＳｉＯ₂膜４１にエッチングを施すことによって、ＳｉＯ₂膜４１を選択的に除去して、マスク４１Ａを形成する。続いて、フォトレジスト膜４２を酸素アッシング、アセトンによる処理などにより除去する。
【００２６】
次に、ｐ側コンタクト層２７およびｐ型クラッド層２６の一部を、例えばＲＩＥなどのドライエッチングを行うことにより細い帯状にパターニングして、リッジ型でストライプ状の電流狭窄部を形成する。ここで、電流狭窄部を低欠陥領域に対応するようにその上部に形成するのは、電流狭窄部の位置に応じて決まる発光領域の位置を活性層２４の低欠陥部分に合わせることによって、素子特性の劣化を防止することができるからである。
【００２７】
続いて、ｐ型クラッド層２６〜ｎ側コンタクト層２１の所定部分をフォトリソグラフィ法などにより除去してｎ側コンタクト層２１を表出させ、ｎ側電極３３の形成領域を設ける。続いて、ｎ側コンタクト層２１からｐ側コンタクト層２７までの表出部分全体を絶縁膜３２で覆うと共に、ｎ側コンタクト層２１上にｎ側電極３３を形成し、ｐ側コンタクト層２７上にｐ側電極３１を形成する。ここで、ｎ側電極３３は、例えば、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｕ（金）を真空蒸着法で順次蒸着して形成する。また、ｐ側電極３１は、例えば、Ｐｄ（パラジウム）、ＰｔおよびＡｕを真空蒸着法で順次蒸着して形成する。
【００２８】
次に、被覆成長層１４の突起１５を除去するために用いた手法と同様な手法を行うことによって、基板の１１の裏面に生じた突起（図示せず）を除去する。例えば、ＳｉＯ₂膜からなるマスク（図示せず）を形成した後、機械研磨によって、突起の高さが例えば１μｍ以下となるように、マスクの表面を研磨する。これによって、基板１１の裏面に生じた突起が除去されて、基板１１の裏面が平坦となる。
【００２９】
なお、基板１１の裏面の突起を除去するために、酸性のエッチング溶液、または、アルカリ性のエッチング溶液を用いて、基板１１の裏面にエッチングを施す場合には、基板１１の表面に形成されたｐ側電極３１およびｎ側電極３３にマスクを形成する必要がある。
【００３０】
次いで、土台（図示せず）に貼り付けて、基板１１の厚さが例えば８０μｍ程度となるように、基板１１の裏面を研削する。このとき、基板１１の裏面は平坦となっているので、基板１１の裏面全体に均等に圧力が加わり、基板割れが発生することがない。
【００３１】
最後に、基板１１をｐ側電極３１の長さ方向と垂直方向に所定の幅で劈開して、レーザ光を出力する端面に、例えばＡｌ₂Ｏ₃よりなる反射率が１０％の反射膜（図示せず）、もう一方の端面には、例えばＡｌ₂Ｏ₃膜とＴｉＯ₂（二酸化チタン）膜との積層膜を４層有する、反射率が９６％の反射膜をそれぞれ成膜する。このようにして、図９に示した窒化物半導体レーザ１０が得られる。
【００３２】
この窒化物半導体レーザ１０では、ｐ側電極３１とｎ側電極３３との間に所定の電圧が印加されると、活性層２４に電流が注入され、電子−正孔再結合によって発光が起きる。この光は、図示しない反射鏡膜によって反射されてレーザ発振し、ビームとなって外部に射出される。
【００３３】
以上のように、本実施の形態では、複数の工程のうちの所定の工程、特にフォトリソグラフィ工程に先立って被覆成長層１４に生じた突起１５を除去する工程を含むようにしたので、被覆成長層１４が平坦となる。従って、その後のフォトリソグラフィ工程において、接触型の露光装置を用いてフォトマスク５１と窒化物半導体層が形成された基板１１とを接触させたときには、基板１１の表面全体に均等に圧力が加えられ、基板割れが発生することを防止することができる。その結果、窒化物半導体レーザ１０の製造の生産性および歩留まりを向上させることができる。
【００３４】
以上実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、被覆成長層１４の上にｎ側コンタクト層２１を形成する工程、および、基板１１の裏面を研磨する工程のそれぞれの前に、突起を除去するようにしたが、窒化物半導体レーザ１０を作製するために行う複数の工程のうちのどの工程の前においても突起を除去するようにしてもよい。
【００３５】
例えば、上記実施の形態では、基板１１上に設けられた種結晶層１２にマスクを形成し、このマスクを用いてエッチングを施すことにより種結晶層１２を選択的に除去した後、マスクを剥離して、種結晶部１３を形成するようにしたが、他の手法でもよい。例えば、図１０に示したように、窒化物半導体よりなる種結晶層１２の上に、例えばＳｉＯ₂よりなる成長抑止層６１を形成することにより、種結晶部６２を形成してもよい。なお、成長抑止層６１は開口を有するパターンに形成されると共に、このパターンの開口より種結晶層１２の表出する部分が種結晶部６２となる。このように種結晶部６２を形成した後、上記実施の形態と同様にして被覆成長層１４およびレーザの縦構造を順次形成することにより、図１０に示した窒化物半導体レーザ６０を製造するようにしてもよい。
【００３６】
更に、上記実施の形態では、半導体素子として窒化物半導体レーザを具体例に挙げて説明したが、本発明は、発光ダイオードあるいは高周波デバイスなどの他の窒化物半導体素子についても適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の窒化物半導体素子の製造方法によれば、複数の工程のうちの所定の工程に先立って、窒化物半導体層に生じた突起を除去する工程として、窒化物半導体層の表面のうちの少なくとも突起が生じた領域を除く平坦な領域に、二酸化珪素（ＳｉＯ ₂ ）よりなるマスクを形成する工程と、マスクが形成された窒化物半導体層の表面を研磨する工程とを含むようにしたので、窒化物半導体層が平坦となり、その後の所定の工程において、所定の平面に窒化物半導体層の表面を接触させたときには、窒化物半導体層の表面全体に均等に圧力が加えられ、基板割れが発生することを防止することができる。その結果、窒化物半導体素子の製造の生産性および歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を説明するための工程毎の断面図である。
【図２】図１の工程に続く工程の断面図である。
【図３】図２の一部分を拡大した断面図である。
【図４】図２の工程に続く工程の断面図である。
【図５】図４の一部分を拡大した断面図である。
【図６】図４の工程に続く工程の断面図である。
【図７】図６の工程に続く工程の拡大断面図である。
【図８】図７の工程に続く工程の拡大断面図である。
【図９】窒化物半導体レーザの断面図である。
【図１０】窒化物半導体レーザの変形例の断面図である。
【図１１】従来の窒化物半導体の製造方法での問題を説明するための図である。
【符号の説明】
１０，６０・・・窒化物半導体レーザ、１１・・・基板、１１ａ・・・溝部、１２…種結晶層、１３，６２・・・種結晶部、１４・・・被覆成長層、１５・・・突起、１６，４１Ａ・・・マスク、２１・・・ｎ側コンタクト層、２２・・・ｎ型クラッド層、２３・・・ｎ型ガイド層、２４・・・活性層、２５・・・ｐ型ガイド層、２６・・・ｐ型クラッド層、２７・・・ｐ側コンタクト層、３１・・・ｐ側電極、３２・・・絶縁膜、３３・・・ｎ側電極、４１・・・ＳｉＯ₂膜、４２・・・フォトレジスト膜、５１・・・フォトマスク、５１Ａ・・・開口、６１・・・成長抑止層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor used in a semiconductor laser or the like, and a method for manufacturing a nitride semiconductor element in which a nitride semiconductor layer is formed on a substrate made of a nitride semiconductor.
[0002]
[Prior art]
A nitride semiconductor is a direct transition semiconductor material and has a feature that the forbidden band width ranges from 1.9 to 6.2 eV. Accordingly, this nitride semiconductor can obtain light emission from the visible region to the ultraviolet region, and is attracting attention as a material constituting a semiconductor light emitting device such as a semiconductor laser (laser diode; LD) or a light emitting diode (LED). Has been. Nitride semiconductors are attracting attention as materials that constitute electronic devices because of their high saturation electron velocity and high breakdown electric field.
[0003]
In such a nitride semiconductor device, particularly a nitride semiconductor light emitting device, the surface of the substrate made of the nitride semiconductor and the surface of the nitride semiconductor layer formed on the substrate are flat. Very important.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the nitride semiconductor crystal growth method, in order to remove lattice defects, a seed crystal is used as a crystal that grows laterally with respect to the seed crystal portion that is the basis of growth, that is, with respect to a crystal that grows in the horizontal direction with respect to the formed layer surface. A crystal growth method utilizing the fact that there are few dislocations originating from the part has been performed. When a nitride semiconductor crystal is grown on a substrate by such a crystal growth method, abnormal growth occurs at the edge portion of the substrate, resulting in a protrusion. Further, when crystal growth is performed on the surface of the substrate where dust is attached, the crystal grows with the dust as a nucleus, abnormal growth occurs, and a protrusion is generated. Furthermore, when dust adheres to the surface of the substrate, the dust itself becomes a protrusion.
[0005]
As described above, when the height of the protrusion generated on the surface of the substrate is larger than 1 μm, for example, various problems occur when the substrate is subjected to a plurality of processes. In particular, a problem occurs when the process is performed by bringing the surface of the substrate on which the protrusions are present into contact with a predetermined plane. For example, as shown in FIG. 11, when a process is performed by bringing a photomask 151 and a substrate 111 into contact with each other by a photolithography method using a contact type exposure apparatus, when pressure is applied from above the substrate 111. In addition, if the protrusions 115 are present on the surface of the substrate 111, pressure may not be applied evenly over the entire surface of the substrate 111, which may cause substrate cracking. Also, when grinding the back surface of the substrate by pasting it on the base in the substrate thinning process, when pressure is applied from above the substrate, if there is a protrusion on the back surface of the substrate, the same as in the photolithography process There is a problem in that the protrusions do not uniformly apply pressure to the entire back surface of the substrate, and the substrate is cracked. As a result, there has been a problem in that the productivity and yield of manufacturing a nitride semiconductor or a nitride semiconductor element are reduced.
[0006]
The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a nitride semiconductor and a method for manufacturing a nitride semiconductor device, which can improve productivity and yield.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Method of manufacturing a nitride compound semiconductor device that by the present invention is a manufacturing method comprising a step of forming a nitride semiconductor layer on a base plate, a plurality of steps for performing different processing on a substrate, a plurality of steps Forming a mask made of silicon dioxide (SiO ₂ ) in a flat region excluding a region where at least protrusions are formed on the surface of the nitride semiconductor layer prior to the predetermined step, and forming the mask Polishing the surface of the nitride semiconductor layer formed .
[0009]
In the method of manufacturing by that nitride compound semiconductor device of the present invention, prior to the predetermined process among the plurality of processes, as a step of removing the protrusion occurring in nitride compound semiconductor layer, silicon dioxide on the surface of the nitride semiconductor layer forming a mask made of (SiO _2), since such a step of polishing the surface of the nitride semiconductor layer on which the mask is formed, the surface of the nitride compound semiconductor layer is flat, then the predetermined steps, in particular, in a photolithography step, be brought into contact with the photomask and the nitride semiconductor layer using a contact type exposure apparatus, uniform pressure is applied to the entire surface of the nitride compound semiconductor layer.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0011]
With reference to FIGS. 1-9, the manufacturing method of the nitride semiconductor laser as a manufacturing method of the nitride semiconductor element which concerns on one embodiment of this invention is demonstrated. 3 is an enlarged schematic sectional view of a part of FIG. 2, and FIG. 5 is an enlarged schematic sectional view of a part of FIG. The nitride semiconductor manufacturing method of the present invention is embodied by a nitride semiconductor device manufacturing method, and will be described below.
[0012]
Here, the nitride semiconductor is a gallium nitride compound containing gallium (Ga) and nitrogen (N), for example, GaN, AlGaN (aluminum nitride / gallium) mixed crystal, or AlGaInN (nitride). (Aluminum, gallium, indium) mixed crystal. These may be n-type impurities composed of group IV and group VI elements such as Si (silicon), Ge (germanium), O (oxygen), Se (selenium), or Mg (magnesium), Zn (zinc as required) ), C (carbon) and other p-type impurities composed of group II and group IV elements.
[0013]
First, as shown in FIG. 1, a substrate 11 made of, for example, Al ₂ O ₃ is prepared. As the substrate 11, Si (silicon), SiC (silicon carbide), GaAs (gallium arsenide), MgAl ₂ O ₄ (magnesium / aluminum composite oxide), LiGaO ₂ (lithium / gallium composite oxide), GaN, etc. Can be used. Further, the substrate 11 includes a substrate in which the above-described nitride semiconductor is grown on a substrate made of these materials.
[0014]
Next, for example, GaN is grown on the substrate 11 (for example, (0001) plane) to form a seed crystal layer 12 having a thickness of 2 μm, for example. By the way, in the present embodiment, the growth of the nitride semiconductor crystal layer is performed by using, for example, the MOCVD method. In this case, for example, (CH ₃ ) ₃ Ga (trimethylgallium, TMG) is used as a Ga (gallium) source gas, (CH ₃ ) ₃ Al (trimethylaluminum) is used as an aluminum source gas, and indium source gas is used. (CH ₃ ) ₃ In (trimethylindium) and ammonia as the nitrogen source gas. Further, monosilane is used as the source gas for Si (silicon), and (C ₅ H ₅ ) ₂ Mg (bis = cyclopentadienyl magnesium) is used as the source gas for Mg (magnesium).
[0015]
Next, a SiO ₂ (silicon dioxide) film (not shown) having a thickness of 1 μm, for example, is formed on the seed crystal layer 12. The SiO ₂ film may be formed of Si _X N _Y (silicon nitride, x and y are arbitrary values), or may be formed as a laminated film of SiO ₂ and Si _X N _Y. Subsequently, a photoresist having a thickness of, for example, 1.3 μm is formed on the SiO ₂ film in order to form a seed crystal portion having a stripe shape in a positive shape with respect to the mask by using a lithography method, for example, a photolithography method. A film (not shown) is formed.
[0016]
Subsequently, the SiO ₂ film is etched, and the SiO ₂ film is partially removed to form a mask (not shown). Note that after the mask is formed, the photoresist film is removed by oxygen ashing, acetone treatment, or the like. Next, as shown in FIGS. 2 and 3, for example, dry etching such as RIE (Reactive Ion Etching) is performed to remove a portion of the seed crystal layer 12 that is not covered by the mask, Striped seed crystal parts 13 are formed which are spaced apart from each other.
[0017]
Subsequently, using the same mask, dry etching such as RIE is performed to remove the surface of the substrate 11 slightly, for example, about 200 nm, thereby forming the groove 11a. If the groove 11a is formed, the growth layer does not come into contact with the surface of the substrate 11 during lateral growth from the seed crystal portion 13, so that there is no possibility that defects due to stress distortion occur in the layer. Next, the mask is removed using a hydrofluoric acid-based solution such as an aqueous hydrogen fluoride solution.
[0018]
After removing the mask, as shown in FIGS. 4 and 5, GaN is grown on the basis of the seed crystal portion 13, thereby forming the coating growth layer 14. At this time, since the seed crystal portion 13 is not formed at the edge portion of the substrate 11 on the surface of the coating growth layer 14 as described above, abnormal growth occurs, for example, a protrusion 15 having a height greater than 1 μm is generated. . Further, when dust (not shown) adheres to the substrate 11, abnormal growth occurs with this dust as a nucleus, and, for example, a protrusion 15 having a height of more than 1 μm is generated. Further, when dust adheres to the surface of the coating growth layer 14, the dust itself becomes a protrusion 15 having a height greater than 1 μm, for example.
[0019]
Next, as shown in FIG. 6A, a mask 16 made of a SiO ₂ film is formed on the coating growth layer 14. Subsequently, as shown in FIG. 6B, the surface of the mask 16 is polished by, for example, mechanical polishing (lapping) so that the height of the protrusion 15 is, for example, 1 μm or less. Subsequently, the mask 16 is removed using a hydrofluoric acid-based solution, for example, an aqueous hydrogen fluoride solution. Thereby, the protrusions 15 generated on the surface of the coating growth layer 14 are removed, and the surface of the coating growth layer 14 becomes flat. The mask 16 may be selectively formed only in a region other than the region where the protrusions 15 are formed on the surface of the coating growth layer 14.
[0020]
Here, the substrate 11 may be etched in order to remove the protrusions 15 of the coating growth layer 14. Specifically, the etching may be performed by using, for example, hydrochloric acid (HCl), sulfuric acid (H ₂ SO ₄ ), or hydrogen fluoride (HF) aqueous solution as the acidic etching solution. Etching may be performed by using an aqueous potassium hydroxide (KOH) solution, an aqueous sodium hydroxide (NaOH) solution, or an aqueous ammonia (NH ₃ ) solution as an alkaline etching solution. Further, a mask may be formed on the surface of the coating growth layer 14, and etching may be performed by a reactive ion etching method using this mask to selectively remove the protrusions 15. Among these etching methods, the method using an acidic etching solution or an alkaline etching solution is effective when the protrusions 15 are amorphous.
[0021]
Further, in order to remove the protrusion 15 of the covering growth layer 14, the protrusion 15 is removed by cutting out the edge portion of the substrate 11 by cutting out the region of the surface of the substrate 11 where the protrusion 15 is generated, for example, dicing. May be. As described above, it is most effective in the method for manufacturing a nitride semiconductor laser to remove the protrusion 15 after forming the nitride semiconductor layer, in particular, the coating growth layer 14. This will be described in detail later.
[0022]
Subsequently, as shown in FIG. 7A, a vertical structure of a nitride semiconductor laser is grown on the coating growth layer 14 having a flat surface by using, for example, the MOCVD method. That is, an n-side contact layer 21 made of GaN: Si having a thickness of 1.5 μm, an n-type cladding layer 22 made of n-type Al _0.08 Ga _0.92 N and having a thickness of 1.0 μm, and subsequently a thickness made of n-type GaN. An n-type guide layer 23 having a thickness of 0.1 μm is grown. On top of this, an active layer 24 having a multiple quantum well structure is formed of a Ga _0.98 In _0.02 N / Ga _0.92 In _0.08 N multilayer film. Further, a p-type guide layer 25 made of p-type GaN with a thickness of 0.1 μm, a p-type cladding layer 26 made of p-type Al _0.14 Ga _0.86 N / GaN with a thickness of 0.5 μm, and made of p-type GaN. A p-side contact layer 27 having a thickness of 0.1 μm is grown. At this time, the n-side contact layer 21 to the p-side contact layer 27 were sequentially grown as a vertical structure of the nitride semiconductor laser on the coating growth layer 14 having a flat surface. Becomes flat.
[0023]
Next, for example, after performing treatment with acetone and UV (Ultraviole) ozone treatment, annealing is performed in order to activate impurity atoms introduced into the nitride semiconductor layer formed on the substrate 11. After annealing, treatment with a potassium hydroxide aqueous solution or a hydrogen fluoride aqueous solution is performed.
[0024]
Next, using a contact-type exposure apparatus by a lithography method, for example, a photolithography method, stripe-like regions are formed in a region corresponding to a low defect region of the coating growth layer 14, that is, a region with few defects between the seed crystal parts 13. In order to form the current confinement portion, a mask is formed. Specifically, as shown in FIG. 7B, for example, an SiO ₂ film 41 and a photoresist film 42 are sequentially formed on the p-side contact layer 27 having a flat surface, and then the photoresist film 42 is formed. A photomask 51 having an opening 51A is brought into contact therewith, and exposure is performed from above the photomask 51 in order to form a positive mask with respect to the opening 51A. Here, since the SiO ₂ film 41 and the photoresist film 42 are sequentially formed on the p-side contact layer 27 having a flat surface in the previous step, the surface of the photoresist film 42 is flat. When the photomask 51 is brought into contact with the photoresist film 42, pressure is evenly applied to the entire surface of the substrate 11.
[0025]
After selectively removing the photoresist film 42, the SiO ₂ film 41 is selectively removed by etching the SiO ₂ film 41 as shown in FIG. 8, thereby forming a mask 41A. Subsequently, the photoresist film 42 is removed by oxygen ashing, treatment with acetone, or the like.
[0026]
Next, part of the p-side contact layer 27 and the p-type cladding layer 26 is patterned into a thin strip by dry etching such as RIE, for example, to form a ridge-type stripe-shaped current confinement portion. Here, the current confinement portion is formed on the upper portion so as to correspond to the low defect region by aligning the position of the light emitting region determined according to the position of the current confinement portion with the low defect portion of the active layer 24. This is because deterioration of characteristics can be prevented.
[0027]
Subsequently, a predetermined portion of the p-type cladding layer 26 to the n-side contact layer 21 is removed by photolithography or the like to expose the n-side contact layer 21, and a region for forming the n-side electrode 33 is provided. Subsequently, the entire exposed portion from the n-side contact layer 21 to the p-side contact layer 27 is covered with an insulating film 32, and an n-side electrode 33 is formed on the n-side contact layer 21. A p-side electrode 31 is formed. Here, the n-side electrode 33 is formed, for example, by sequentially depositing Ti, Pt, and Au (gold) by a vacuum deposition method. The p-side electrode 31 is formed by sequentially depositing, for example, Pd (palladium), Pt, and Au by a vacuum deposition method.
[0028]
Next, by performing a method similar to the method used for removing the protrusions 15 of the coating growth layer 14, protrusions (not shown) generated on the back surface of the substrate 11 are removed. For example, after forming a mask (not shown) made of an SiO ₂ film, the surface of the mask is polished by mechanical polishing so that the height of the protrusion is, for example, 1 μm or less. Thereby, the protrusions generated on the back surface of the substrate 11 are removed, and the back surface of the substrate 11 becomes flat.
[0029]
In addition, in order to remove the protrusion on the back surface of the substrate 11, when etching the back surface of the substrate 11 using an acidic etching solution or an alkaline etching solution, p formed on the surface of the substrate 11 is used. It is necessary to form a mask on the side electrode 31 and the n-side electrode 33.
[0030]
Next, the substrate 11 is attached to a base (not shown), and the back surface of the substrate 11 is ground so that the thickness of the substrate 11 is about 80 μm, for example. At this time, since the back surface of the substrate 11 is flat, pressure is evenly applied to the entire back surface of the substrate 11 and the substrate is not cracked.
[0031]
Finally, the substrate 11 is cleaved with a predetermined width in a direction perpendicular to the length direction of the p-side electrode 31, and a reflection film (for example, Al ₂ O _{3 having} a reflectance of 10% is formed on the end face that outputs the laser light. On the other end face, a reflective film having a reflectivity of 96%, for example, having four laminated films of an Al ₂ O ₃ film and a TiO ₂ (titanium dioxide) film is formed on the other end face. In this way, the nitride semiconductor laser 10 shown in FIG. 9 is obtained.
[0032]
In the nitride semiconductor laser 10, when a predetermined voltage is applied between the p-side electrode 31 and the n-side electrode 33, current is injected into the active layer 24, and light emission occurs due to electron-hole recombination. This light is reflected by a reflecting mirror film (not shown), oscillates, and is emitted as a beam.
[0033]
As described above, the present embodiment includes a step of removing the protrusion 15 generated in the coating growth layer 14 prior to a predetermined step of the plurality of steps, particularly the photolithography step. Layer 14 becomes flat. Therefore, in the subsequent photolithography process, when the photomask 51 and the substrate 11 on which the nitride semiconductor layer is formed are brought into contact with each other using a contact-type exposure apparatus, pressure is evenly applied to the entire surface of the substrate 11. It is possible to prevent the substrate from cracking. As a result, the productivity and yield of manufacturing the nitride semiconductor laser 10 can be improved.
[0034]
Although the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment and can be variously modified. For example, in the above embodiment, the protrusion is removed before each of the step of forming the n-side contact layer 21 on the coating growth layer 14 and the step of polishing the back surface of the substrate 11. The protrusions may be removed before any of the plurality of steps performed to manufacture the nitride semiconductor laser 10.
[0035]
For example, in the above embodiment, a mask is formed on the seed crystal layer 12 provided on the substrate 11, and the mask is removed after the seed crystal layer 12 is selectively removed by etching using the mask. Thus, the seed crystal portion 13 is formed, but other methods may be used. For example, as shown in FIG. 10, the seed crystal portion 62 may be formed by forming a growth inhibition layer 61 made of, for example, SiO ₂ on the seed crystal layer 12 made of a nitride semiconductor. The growth inhibiting layer 61 is formed in a pattern having an opening, and the portion of the seed crystal layer 12 exposed from the opening of this pattern becomes the seed crystal portion 62. After forming the seed crystal portion 62 in this manner, the nitride semiconductor laser 60 shown in FIG. 10 is manufactured by sequentially forming the coating growth layer 14 and the vertical structure of the laser in the same manner as in the above embodiment. It may be.
[0036]
Furthermore, although the nitride semiconductor laser has been described as a specific example in the above embodiment as a semiconductor element, the present invention can also be applied to other nitride semiconductor elements such as a light emitting diode or a high frequency device.
[0037]
【The invention's effect】
According to the manufacturing method of the nitride compound semiconductor device of the present invention as described above, prior to the predetermined process among the plurality of processes, as a step of removing the protrusion occurring in nitride compound semiconductor layer, a nitride semiconductor layer A step of forming a mask made of silicon dioxide (SiO ₂ ) in a flat region excluding a region where protrusions are formed, and a step of polishing the surface of the nitride semiconductor layer on which the mask is formed since to include, becomes flat nitride compound semiconductor layer, in a subsequent predetermined steps, when brought into contact with the surface of the nitride semiconductor layer at a predetermined plane, equally pressure applied to the entire surface of the nitride semiconductor layer It is possible to prevent the substrate from cracking. As a result, it is possible to improve the productivity and yield of manufacturing the nitride compound semiconductor element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view for each step for explaining a method for manufacturing a nitride semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a step that follows the step of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a part of FIG.
4 is a cross-sectional view of a step that follows the step of FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a part of FIG. 4;
6 is a cross-sectional view of a step that follows the step of FIG. 4. FIG.
7 is an enlarged cross-sectional view of a step that follows the step of FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of a step that follows the step of FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor laser.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a modification of the nitride semiconductor laser.
FIG. 11 is a diagram for explaining a problem in a conventional nitride semiconductor manufacturing method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,60 ... Nitride semiconductor laser, 11 ... Substrate, 11a ... Groove part, 12 ... Seed crystal layer, 13, 62 ... Seed crystal part, 14 ... Cover growth layer, 15 ... Protrusion, 16, 41A ... Mask, 21 ... n-side contact layer, 22 ... n-type cladding layer, 23 ... n-type guide layer, 24 ... active layer, 25 ... p Type guide layer, 26 ... p-type cladding layer, 27 ... p-side contact layer, 31 ... p-side electrode, 32 ... insulating film, 33 ... n-side electrode, 41 ... SiO _Two films, 42 ... Photoresist film, 51 ... Photomask, 51A ... Opening, 61 ... Growth inhibition layer

Claims

A method for manufacturing a nitride semiconductor device, comprising: a step of forming a nitride semiconductor layer on a substrate; and a plurality of steps of performing different treatments on the substrate,
Prior to a predetermined step of the plurality of steps, including a step of removing protrusions generated on the surface of the nitride semiconductor layer,
The step of removing the protrusion includes the step of forming a mask made of silicon dioxide (SiO ₂ ) in a flat region excluding at least the region where the protrusion is generated on the surface of the nitride semiconductor layer; And a step of polishing a surface of the formed nitride semiconductor layer.

The method of manufacturing a nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the step of removing the protrusion includes a step of removing the mask after the step of polishing the surface of the nitride semiconductor layer on which the mask is formed.

A step of forming a laser structure in a low-defect region of the nitride semiconductor layer; and a step of grinding a back surface of the substrate after attaching the substrate on which the laser structure is formed to a base, and at least the grinding The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of removing another protrusion generated on the back surface of the substrate prior to the step.

The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to claim 3 , wherein the step of removing the other protrusion includes a step of forming a mask on the back surface of the substrate and a step of polishing the back surface of the substrate on which the mask is formed. .

The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to claim 3 , wherein the step of removing the other protrusion is a step of etching the back surface of the substrate.

6. The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to claim 5, wherein an acidic etching solution is used.

The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to claim 5, wherein an alkaline etching solution is used.

The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to claim 5 , wherein a mask is formed on the surface of the substrate when etching the back surface of the substrate.