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[[Book]] *シリコンと化合物半導体の超精密・微細加工プロセス技術 **第14 章　 GaN 系デバイスに向けたプラズマエッチング技術 石川健治　（Kenji ISHIKAWA）　名古屋大学　低温プラズマ科... ***1.　はじめに 　GaN 系デバイスは，1986年の赤崎先生と天野先生の窒化ガリ... 　最近では，GaN の半導体材料としての電子移動度が速いこと... 　デバイス構造には，電流をGaN 薄膜の表面方向に流す形の横... 　パワー半導体は，例えばSi では基板方向に電流を流す縦型伝... 　GaN 以外の結晶材料については，オプト用途では結晶構造が... 　上記したデバイスを作製するには，デバイス構造を形作るた... 図1　GaN デバイス（横型）の断面模式図 ***2.　GaN 光電気化学エッチング 　Si半導体のエッチングの歴史にも倣い，化学薬液（溶液，ウ... 　光照射で生じる電子を電解液中で硫酸ラジカルによって消費... Ga＋3 h＋→ Ga3＋＋1/2 N（2 e−＋SO4^・−→ SO4^2−） Ga3＋＋3OH−→ 1/2 Ga2O3＋3/2 H2O この時，K2S2O8 では分解によりpH 変化が大きいため，電解液... 図2　 GaN のウェットエッチング紫外線照射により発生する硫... ***3.　GaN プラズマエッチングのガス選定 　次に，ドライエッチングによるGaN 系（AlN, InN）材料のエ... ***4.　基板昇温エッチング塩素プラズマ 　一方で，化合物半導体のエッチングで一般的な課題ではある... 　この15族の抜けの問題によって化合物半導体のエッチングで... 図3　 GaN の高温エッチング，GaN の塩化物などの蒸気圧曲線... 　2010 年代前半から名古屋大学のグループでは，基板昇温によ... 　BCl3 を添加することで，400℃に昇温しているGaN 表面での反... 図4　 GaN のBCl3 とCl2 の混合ガスプラズマによるドライエッ... ***5.　光の影響 　GaN のプラズマ誘起ダメージは，エネルギーバンドギャップ... 図5　 GaN の光とラジカルの影響。バンド端発光の劣化に与え... 　ウェット同様に，バンドギャップ以上の紫外線が照射される... ***6.　原子層エッチング 　前述HEMT のリセスゲートの加工など，エッチング量は然程必... 6. 1　室温処理 　通常のエッチング装置では，サイクルエッチングのシーケン... 　ALE 的なサイクルエッチングの表面反応について，真空下で... 　しかしながら，GaN 表面への塩化層の形成について試料を真... 　さらに，イオン照射後にはGaN に塩素が混在する反応層が残... 図6　 サイクルエッチング中のGaN 表面の表面層のin situ XPS... 6. 2　高温処理 　エッチング装置で基板を室温にて，塩素プラズマ暴露とアル... ができるので，理想的なALE に近づき，フォトルミネッセンス... 図7　高温エッチング装置の概略とサイクル辺りのエッチング量... ***7.　最後に 　プラズマエッチングについての基礎的な内容は割愛し，GaN系... 謝辞 　スクリーンホールディング　谷出敦史　氏，中村昭平　氏，... 文献 1） H. Amano et al., The 2018 GaN power electronics roadm... 2） 須田淳，「ノーベル賞で注目のGaN 研究の歴史を振り返る... 3） M. S. Minsky et al., Room−temperature photo-enhanced ... 4） 堀切文正，他　GaN の光電気化学エッチング　The chemica... 5） 堀切文正，ら　GaN 結晶のPEC（光電気化学）エッチング（... 6） M. Toguchi et al., Electrodeless photo−assisted elect... 7） F. Horikiri, et al., Thermal−assisted contactless pho... 8） 例えば，M. Toguchi, et al., Self−terminating contactl... 9） I. Adesida et al., Reactive ion etching of gallium ni... 10） S. J. Pearton, Dry−etching techniques and chemistrie... 11） S. J. Pearton, High−resolution dry−etching of III−V ... 12） R. Shul, et al. High−rate electron−cyclotron−resonan... 13） I. Adesida, et al., Etching of indium tin oxide in m... 14） M. Endo, et al., Reactive ion beam etching of GaN an... 15） T. Arakawa, et al., Improved etched surface morpholo... 16） Y. H. Lai, Sputtering and etching of GaN surfaces, J... 17） S. Chen, et al., Individual roles of atoms and ions ... 18） R. Kometani, et al., A high−temperature nitrogen pla... 19） T. Kako, et al., Elevated−temperature etching of gal... 20） Z. Liu, et al., Suppression of plasma−induced damage... 21） Z. Liu, et al., Investigation of effects of ion ener... 22） Z. Liu, et al., Temperature dependence on plasma−ind... 23） M. Minami, et al., Analysis of GaN damage induced by... 24） S. Izumi, et al., Photoluminescence study of plasma−... 25） S. Chen, et al. Photoluminescence recovery by in−sit... 26） S. Uchida et al., Plasma damage mechanisms for low−k... 27） Z. Liu, et al., Reduction of chlorine radical chemic... 28） Z. Liu, et al., Thermally enhanced formation of phot... 29） A. Tanide et al., Effects of BCl3 addition to Cl2 ga... 30） T. Ohba, et al., Atomic layer etching of GaN and AlG... 31） M. Hasegawa, et al., In situ surface analysis of an ... 32） 堤隆嘉ら，窒化物半導体プラズマエッチングにおける原子... 33） E. Despiau−Pujo et al., MD simulations of GaN sputte... 34） S. Nakamura, et al., GaN damage−free cyclic etching ...

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[[Book]] *シリコンと化合物半導体の超精密・微細加工プロセス技術 **第14 章　 GaN 系デバイスに向けたプラズマエッチング技術 石川健治　（Kenji ISHIKAWA）　名古屋大学　低温プラズマ科... ***1.　はじめに 　GaN 系デバイスは，1986年の赤崎先生と天野先生の窒化ガリ... 　最近では，GaN の半導体材料としての電子移動度が速いこと... 　デバイス構造には，電流をGaN 薄膜の表面方向に流す形の横... 　パワー半導体は，例えばSi では基板方向に電流を流す縦型伝... 　GaN 以外の結晶材料については，オプト用途では結晶構造が... 　上記したデバイスを作製するには，デバイス構造を形作るた... 図1　GaN デバイス（横型）の断面模式図 ***2.　GaN 光電気化学エッチング 　Si半導体のエッチングの歴史にも倣い，化学薬液（溶液，ウ... 　光照射で生じる電子を電解液中で硫酸ラジカルによって消費... Ga＋3 h＋→ Ga3＋＋1/2 N（2 e−＋SO4^・−→ SO4^2−） Ga3＋＋3OH−→ 1/2 Ga2O3＋3/2 H2O この時，K2S2O8 では分解によりpH 変化が大きいため，電解液... 図2　 GaN のウェットエッチング紫外線照射により発生する硫... ***3.　GaN プラズマエッチングのガス選定 　次に，ドライエッチングによるGaN 系（AlN, InN）材料のエ... ***4.　基板昇温エッチング塩素プラズマ 　一方で，化合物半導体のエッチングで一般的な課題ではある... 　この15族の抜けの問題によって化合物半導体のエッチングで... 図3　 GaN の高温エッチング，GaN の塩化物などの蒸気圧曲線... 　2010 年代前半から名古屋大学のグループでは，基板昇温によ... 　BCl3 を添加することで，400℃に昇温しているGaN 表面での反... 図4　 GaN のBCl3 とCl2 の混合ガスプラズマによるドライエッ... ***5.　光の影響 　GaN のプラズマ誘起ダメージは，エネルギーバンドギャップ... 図5　 GaN の光とラジカルの影響。バンド端発光の劣化に与え... 　ウェット同様に，バンドギャップ以上の紫外線が照射される... ***6.　原子層エッチング 　前述HEMT のリセスゲートの加工など，エッチング量は然程必... 6. 1　室温処理 　通常のエッチング装置では，サイクルエッチングのシーケン... 　ALE 的なサイクルエッチングの表面反応について，真空下で... 　しかしながら，GaN 表面への塩化層の形成について試料を真... 　さらに，イオン照射後にはGaN に塩素が混在する反応層が残... 図6　 サイクルエッチング中のGaN 表面の表面層のin situ XPS... 6. 2　高温処理 　エッチング装置で基板を室温にて，塩素プラズマ暴露とアル... ができるので，理想的なALE に近づき，フォトルミネッセンス... 図7　高温エッチング装置の概略とサイクル辺りのエッチング量... ***7.　最後に 　プラズマエッチングについての基礎的な内容は割愛し，GaN系... 謝辞 　スクリーンホールディング　谷出敦史　氏，中村昭平　氏，... 文献 1） H. Amano et al., The 2018 GaN power electronics roadm... 2） 須田淳，「ノーベル賞で注目のGaN 研究の歴史を振り返る... 3） M. S. Minsky et al., Room−temperature photo-enhanced ... 4） 堀切文正，他　GaN の光電気化学エッチング　The chemica... 5） 堀切文正，ら　GaN 結晶のPEC（光電気化学）エッチング（... 6） M. Toguchi et al., Electrodeless photo−assisted elect... 7） F. Horikiri, et al., Thermal−assisted contactless pho... 8） 例えば，M. Toguchi, et al., Self−terminating contactl... 9） I. Adesida et al., Reactive ion etching of gallium ni... 10） S. J. Pearton, Dry−etching techniques and chemistrie... 11） S. J. Pearton, High−resolution dry−etching of III−V ... 12） R. Shul, et al. High−rate electron−cyclotron−resonan... 13） I. Adesida, et al., Etching of indium tin oxide in m... 14） M. Endo, et al., Reactive ion beam etching of GaN an... 15） T. Arakawa, et al., Improved etched surface morpholo... 16） Y. H. Lai, Sputtering and etching of GaN surfaces, J... 17） S. Chen, et al., Individual roles of atoms and ions ... 18） R. Kometani, et al., A high−temperature nitrogen pla... 19） T. Kako, et al., Elevated−temperature etching of gal... 20） Z. Liu, et al., Suppression of plasma−induced damage... 21） Z. Liu, et al., Investigation of effects of ion ener... 22） Z. Liu, et al., Temperature dependence on plasma−ind... 23） M. Minami, et al., Analysis of GaN damage induced by... 24） S. Izumi, et al., Photoluminescence study of plasma−... 25） S. Chen, et al. Photoluminescence recovery by in−sit... 26） S. Uchida et al., Plasma damage mechanisms for low−k... 27） Z. Liu, et al., Reduction of chlorine radical chemic... 28） Z. Liu, et al., Thermally enhanced formation of phot... 29） A. Tanide et al., Effects of BCl3 addition to Cl2 ga... 30） T. Ohba, et al., Atomic layer etching of GaN and AlG... 31） M. Hasegawa, et al., In situ surface analysis of an ... 32） 堤隆嘉ら，窒化物半導体プラズマエッチングにおける原子... 33） E. Despiau−Pujo et al., MD simulations of GaN sputte... 34） S. Nakamura, et al., GaN damage−free cyclic etching ...

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