[发明专利]氮化物半导体材料的蚀刻方法

说明书

本发明涉及一种氮化物半导体材料的蚀刻方法，特别是一种利用紫外光灯源以改进氮化物半导体材料的湿式蚀刻方法。

运用三五族半导体制作发光元件乃属于为人熟知的先前技术，在制造元件的过程中，同样需要使用到一般标准半导体工艺中所使用的磊晶、光罩制版、蚀刻、扩散或镀膜等步骤。然而，由于半导体材料上的差异，同时也导致了前述各种步骤在实施上有所不同。特别是在蚀刻的步骤中，材料的差异所造成的蚀刻方式之不同更是明显，举例而言，M．N．Rubert et a1．在“J．Electrochem．Soc．”138，pp．1174-1185(1991)中所披露的光电化学蚀刻(Photoelectrochemical，PEC)技术，配合可见光和化学药剂的作用，便曾广泛地被应用在低能带三五族半导体，如砷化镓、磷化铟等的蚀刻上。

但是将此种光电化学蚀刻技术运用在用以制作宽能带蓝绿光元件的氮化镓半导体材料的蚀刻上，在先前技术中目前仅有M．S．Minsky et al．的“Room-temperature Photoenhanced wet etching of GaN”．Appl．Phys．Lett．68，pp．1531-1533(1996)，利用功率强度为570mW／cm²的325nm之He-Cd激光作用在无外加偏压状况下的蚀刻；以及H．Lu et al．的“Photoassistedanodic etching of GaN”，J．Electrochem．Soc．144，L8-L11(1997)，使用功率强度为60mW／cm²之365nm和150mW／cm²之405nm的汞灯作用在有外加偏压下的蚀刻；以及Youtsey et al．的“Broadarea photoelectroch．etching ofGaN”，Elec．Lett．33，245-246(1997)，使用未经滤光的汞灯(功率强度分别为320nm时的6．4mW／cm²，365nm的7．4mW／cm²，及405nm时的13．2mW／cm²)多频光源，作用在无外加偏压情况的蚀刻。

在上述先前技术中，Minskey et al．的缺点在于He-Cd激光光点对氮化镓的有效作用面积太小，仅有1mm²，并且入射光透过烧杯管壁之后的模态分布不是空间的均匀函数，这些缺点会在发光元件制作过程中影响经济效益与合格率。至于Lu et al．，其所使用的入射光波长(365nm及405nm)小于氮化镓的能带吸收(3．4eV，364．7nm)，在此情况下，外加偏压的效果类似于电化学中的阳极电解，而使用365nm或405nm汞灯的作用，也不过只是在于造成加热效应。至于Youtsey et al．的实验，在制作过程中具有蚀刻深度不均匀的问题，例如以尺寸为0．5×1cm²的样品而言，其蚀刻深度的差异在杂质浓度为10¹⁸cm^-3的情形下，已有20～30％，而在10¹⁶cm^-3下，更高达80％。且前述三项先前技术都具有下述缺点，即在上述的照光波长和实验条件下，蚀刻平面的不平整度(roughness)约为100nm，这对于制作短波长小于450nm的激光二极体的镜面(facet)而言，会产生过大的光学损耗，因而会影响元件的发光效率。

有鉴于此，为了解决上述先前技术中的问题与缺点，本发明的目的在于提出一种氮化物半导体材料的蚀刻方法，该方法主要是有关利用波长为254nm的单频紫外光汞灯以改进氮化铝铟镓的湿式蚀刻技术。

本发明之一特点在于可有效控制蚀刻速率，并可控制蚀刻平面的不平整度和蚀刻深度的均匀度，以及制作大尺寸面积(2英寸以上的晶圆)的制作技术。

本发明之另一特点在于可即时监控(in-situ monitoring)蚀刻深度。

本发明之再一特点在于可将蚀刻技术与元件制作技术相结合。

本发明主要系在进行氮化物半导体蚀刻时，利用波长为254nm的深紫外线照射氮化物表面，使产生热电子电洞对，电洞参与氮化镓的氧化过程，以生成氧化物，并溶解于蚀刻液中。电子则经由金属导线与电解液中的离子形成完整的回路。利用此种方式，除了可维持蚀刻表面的不平整度外，更可通过量测蚀刻电流，对蚀刻深度进行即时监控。同时，将此方法应用于工业批量生产上，也具有容易操作，维护成本低及高合格率等优点。