JP3881041B2 - 化合物半導体素子の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は化合物半導体素子の製造方法に関し、特に詳細には、基板のエッチング残厚を精度良く制御できるようにした化合物半導体素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、多くの半導体発光素子においてビーム品質の向上が望まれており、そのような要求を満たす素子として単一横モード半導体レーザが挙げられる。単一横モード半導体レーザとしては様々なものが知られているが、最も代表的なものとして、屈折率導波型レーザが挙げられる。
【０００３】
図４は、この屈折率導波型レーザの一例を示すものである。図中の１はＧａＡｓ基板、２はｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、３は活性層、４はｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、７はｐ型ＧａＡｓコンタクト層、９はｐ型ＩｎＧａＰブロック層、10はｎ型ＩｎＧａＰブロック層、13はｐ型電極、14はｎ型電極である。図示されている通りこの種の屈折率導波型レーザは、活性層３の発光領域に対応するクラッド層４の左右両側が、該クラッド層４よりも屈折率の小さい半導体層（ブロック層９および10）で埋め込まれた構造を有し、光が屈折率の大きい層に集まる性質を利用して単一横モード発振させるものである。
【０００４】
従来、この種の半導体素子を作製するには、まず活性層３の上に全面的にクラッド層４を形成した後、このクラッド層４の左右両側部分を上面から活性層３の近傍までエッチングし、このエッチングされた部分にブロック層９および10を埋め込み再成長させる方法が採用されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、クラッド層のエッチングによる残厚ｔ、すなわち活性層から埋め込み層までの厚さは一般に数十〜百ｎｍとされ、この厚さが素子特性に大きく影響する。このエッチングは通常ウェットエッチングによってなされているが、その際のエッチング残厚ｔの制御は非常に難しく、このため、所望の素子特性が得られ難くて、素子作製の歩留りが非常に低くなっていた。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、選択エッチングによる残厚を再現性良く制御可能な化合物半導体素子の製造方法を得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による化合物半導体素子の製造方法は、有機金属気相成長により基板上に化合物半導体を結晶成長させて発光素子である半導体素子を製造する方法において、
有機金属気相成長を行う反応装置内で、ＧａＡｓ基板上に、少なくとも第１導電型ＡｌＧａＡｓクラッド層、活性層、第２導電型ＡｌＧａＡｓクラッド層および第２導電型ＧａＡｓコンタクト層を結晶成長させる工程と、
前記第２導電型ＧａＡｓコンタクト層上の一部に絶縁膜を形成する工程と、
有機金属気相成長を行う反応装置内で、前記第２導電型ＧａＡｓコンタクト層および第２導電型ＡｌＧａＡｓクラッド層の一部を、該第２導電型ＡｌＧａＡｓクラッド層の所望残厚に対応した値に流量を制御したトリスジメチルアミノアルシンを用いて選択的にガスエッチングしてリッジを形成する工程と、
該反応装置内において引き続き、前記導電型ＧａＡｓコンタクト層および第２導電型ＡｌＧａＡｓクラッド層のガスエッチングされた部分を含む領域に、第１導電型電流ＩｎＧａＰブロック層を選択的に結晶成長させる工程とを含むことを特徴とするものである。
【０００８】
なお上記有機Ｖ族原料の代表的なものとしては、例えばトリスジメチルアミノアルシン［（（ＣＨ₃ ）₂ Ｎ）₃ Ａｓ：以下、ＴＤＭＡＡと称する］が挙げられる。
【０００９】
【発明の効果】
ＴＤＭＡＡに代表される有機Ｖ族原料は、熱分解によりジメチルアミノ基やジエチルアミノ基を遊離し、それらの基は化合物半導体をエッチングすることが知られている。
【００１０】
そして本発明者の研究によると、このような有機Ｖ族原料により化合物半導体基板（基板材料そのものも、また前述のクラッド層など基板と一体化されたものも含む）をエッチングする際には、その流量や基板温度等とエッチング速度との間に顕著な相関関係があることが判明した。そこで、この有機Ｖ族原料を用いて、基板上に形成された化合物半導体をエッチングすれば、ガス流量や基板温度等を制御することにより、再現性良くエッチング量を（つまりはエッチング残厚を）制御可能となる。
【００１１】
また本発明では、エッチングから化合物半導体層の選択成長までを、反応装置内で基板を大気中にさらすことなく連続して行なうようにしているので、良好な結晶界面、結晶性が得られて、素子特性が格段に向上するという効果も得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態により化合物半導体素子を製造する様子を概略的に示すものである。なおこの実施の形態は、屈折率導波型の単一横モード半導体レーザを製造する場合に本発明を適用したものである。
【００１３】
まずＭＯＶＰＥ装置で有機金属気相成長法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１の上にｎ型Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓクラッド層２、活性層３、ｐ型Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓクラッド層４、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層７を連続成長させる。続いて基板１をＭＯＶＰＥ装置から取り出し、公知の膜形成技術により上記コンタクト層７の上にＳｉＯ₂ 等の絶縁膜８を作製した後、図１（ａ）に示すように、フォトリソグラフィ技術により、発光領域から左右両側に外れている部分の絶縁膜８をエッチングにより除去する。
【００１４】
次に基板１を再びＭＯＶＰＥ装置内に入れ、基板温度を600 ℃にしてＴＤＭＡＡを流し、絶縁膜８に覆われていない部分を上側からエッチングする。このエッチングが完了した状態を図１（ｂ）に示す。ここで、図２にＴＤＭＡＡ流量とＧａＡｓのエッチング速度との関係を示すが、このようにエッチング速度はガスの流量により容易に制御可能であるので、エッチング時間を制御することでエッチング量を、つまりは活性層３の上のエッチング残厚ｔを再現性良く正確に制御できる。
【００１５】
このエッチングが完了した後、基板１をＭＯＶＰＥ装置内に入れたまま、図１（ｃ）に示すように、ｐ型ＩｎＧａＰブロック層９、ｎ型ＩｎＧａＰブロック層10、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層11を選択再成長させる。次に基板１をＭＯＶＰＥ装置から取り出し、最後に電極を形成して単一横モード半導体レーザ素子が得られる。
【００１６】
上述したようにこの実施の形態では、活性層３の上のエッチング残厚ｔ、つまり活性層３から埋め込み層であるｐ型ＩｎＧａＰブロック層９までの厚さを正確に制御できるので、この厚さに左右される素子特性を、容易に所望のものとすることができる。
【００１７】
次に図３を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。なおこの第２の実施の形態も、屈折率導波型の単一横モード半導体レーザを製造する場合に本発明を適用したものである。
【００１８】
まずＭＯＶＰＥ装置で有機金属気相成長法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１の上にｎ型Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓクラッド層２、活性層３、ｐ型Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓクラッド層４、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層７を連続成長させる。続いて基板１をＭＯＶＰＥ装置から取り出し、公知の膜形成技術により上記コンタクト層７の上にＳｉＯ₂ 等の絶縁膜８を作製した後、図３（ａ）に示すように、フォトリソグラフィ技術により、発光領域から左右両側に外れている部分の絶縁膜８をエッチングにより除去する。
【００１９】
次に図３（ｂ）に示すように、上記絶縁膜８をマスクとしてドライエッチングにより、ｐ型Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓクラッド層４の途中までエッチングする。なおドライエッチング法では、エッチング速度をガス流量や印加電圧により容易かつ安定に制御できるので、エッチング時間を制御することにより、エッチング残厚ｔ’を比較的容易に所望の値にすることが可能である。
【００２０】
ここでは、絶縁膜８を頭に垂直なリッジが形成される。そのため、この形状のまま第１の実施の形態におけるのと同様の選択埋め込み成長を行なうと、マスクのひさしが無いためにマスク近傍では異常成長が起こり、図３（ｅ）に示すようにマスク脇の部分だけ盛り上がった形状になり、表面が平坦な素子が得られなくなる。この盛り上がりは素子をヒートシンク等に融着する際の妨げとなり、素子特性上問題となる。
【００２１】
しかしここで、基板１を再びＭＯＶＰＥ装置内に入れ、基板温度を600 ℃としてＴＤＭＡＡを流し、ガスによるエッチングを行なうことにより、図３（ｃ）に示すように絶縁膜８のひさしを形成することができる。
【００２２】
そしてこのエッチングが完了した後、基板１をＭＯＶＰＥ装置内に入れたまま、図３（ｄ）に示すように、ｐ型ＩｎＧａＰブロック層９、ｎ型ＩｎＧａＰブロック層10、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層11を選択再成長させる。次に基板１をＭＯＶＰＥ装置から取り出し、最後に電極を形成して単一横モード半導体レーザ素子が得られる。この場合は、ＴＤＭＡＡによるエッチングを行なうことにより、上記マスク近傍での異常成長を防止して、表面が平坦な埋め込み構造を形成することができる。
【００２３】
ＴＤＭＡＡを用いたエッチングにより上述の効果が得られても、その際のエッチング残厚ｔを正確に制御できなければ、所望の素子特性を得ることは難しくなる。しかしこの場合も、ＴＤＭＡＡによるエッチングを行なう前のエッチング残厚ｔ’は前述の通り所望値に制御可能であるし、ＴＤＭＡＡによるエッチング後の残厚ｔも、第１の実施の形態におけるのと同様にエッチング時間を制御することで正確に制御できるから、容易に所望の素子特性が得られるようになる。
【００２４】
なお、以上説明した２つの実施の形態では、ガスエッチングにＴＤＭＡＡを用いたが、その他の有機Ｖ族原料、例えばトリスジメチルアミノホスフィン、トリスジメチルアミノアンチモン、トリスジエチルアミノアルシン等を用いても同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による化合物半導体素子の製造方法を説明する概略図
【図２】ＴＤＭＡＡ流量とエッチング速度との関係の一例を示すグラフ
【図３】本発明の第２の実施の形態による化合物半導体素子の製造方法を説明する概略図
【図４】屈折率導波型レーザの一例を示す概略立断面図
【符号の説明】
１ ＧａＡｓ基板
２ ｎ型Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓクラッド層
３ 活性層
４ ｐ型Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓクラッド層
７ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
８ ＳｉＯ₂ 絶縁膜
９ ｐ型ＩｎＧａＰブロック層
10 ｎ型ＩｎＧａＰブロック層
11 ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
13 ｐ型電極
14 ｎ型電極

Claims (1)

1. 有機金属気相成長により基板上に化合物半導体を結晶成長させて発光素子である半導体素子を製造する方法において、
   有機金属気相成長を行う反応装置内で、ＧａＡｓ基板上に、少なくとも第１導電型ＡｌＧａＡｓクラッド層、活性層、第２導電型ＡｌＧａＡｓクラッド層および第２導電型ＧａＡｓコンタクト層を結晶成長させる工程と、
   前記第２導電型ＧａＡｓコンタクト層上の一部に絶縁膜を形成する工程と、
   有機金属気相成長を行う反応装置内で、前記第２導電型ＧａＡｓコンタクト層および第２導電型ＡｌＧａＡｓクラッド層の一部を、該第２導電型ＡｌＧａＡｓクラッド層の所望残厚に対応した値に流量を制御したトリスジメチルアミノアルシンを用いて選択的にガスエッチングしてリッジを形成する工程と、
   該反応装置内において引き続き、前記第２導電型ＧａＡｓコンタクト層および第２導電型ＡｌＧａＡｓクラッド層のガスエッチングされた部分を含む領域に、第１導電型ＩｎＧａＰ電流ブロック層を選択的に結晶成長させる工程とを含むことを特徴とする化合物半導体素子の製造方法。

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