CN111903020B - 半导体装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体装置的制造方法。具有：在基材之上形成第1半导体层的工序；在第1半导体层之上形成掩模的工序；使用掩模对第1半导体层进行蚀刻，形成半导体构造的工序；在与半导体构造的侧面接触的区域形成第2半导体层的工序，该第2半导体层具有与掩模接触的凸部；凸部去除工序，供给蚀刻气体而去除凸部；以及再生长层形成工序，在半导体构造及第2半导体层之上供给原料气体而形成再生长层，在同一制造装置内实施凸部去除工序及再生长层形成工序。

Description

半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体装置的制造方法。
背景技术
在制造半导体装置时，大多进行使用了绝缘膜掩模的局部蚀刻和再生长。例如，在具有台面构造的半导体激光器的制造中，使用条带状的绝缘膜掩模对在衬底之上层叠的半导体层进行蚀刻，由此形成台面构造，在台面构造的两侧使半绝缘性的填埋层生长，去除掩模，在台面构造及填埋层之上使包层、接触层再生长。
在通过上述方法制造了半导体激光器的情况下，填埋层的掩模附近处的体积由于选择生长效应而变大，在去除掩模后的表面会出现凸部。如果在这样的高度局部不同的表面构造之上使包层及接触层生长，则由于各面方位的生长速度的不同，位错发生传播。其结果，在半导体激光器的表面产生凹坑，会诱发外观不良、之后的蚀刻工序中的异常蚀刻等。
作为该问题的解决方法，已知在通过湿蚀刻而去除凸部之后，使包层再生长的方法(例如专利文献1)。
专利文献1：日本特开2015-162500号公报
发明内容
但是，在通过湿蚀刻而去除凸部的情况下，由于湿蚀刻工序与之后的包层的再生长工序所使用的制造装置不同，因此产生了将制造中途的半导体装置在湿蚀刻之后暴露于大气的需要。如此，不能将其表面保持为清洁的状态。
本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供在清洁的状态下的表面之上使半导体层再生长的半导体装置的制造方法。
本发明涉及的半导体装置的制造方法具有：在基材之上形成第1半导体层的工序；在第1半导体层之上形成掩模的工序；使用掩模对第1半导体层进行蚀刻，形成半导体构造的工序；在与半导体构造的侧面接触的区域形成第2半导体层的工序，该第2半导体层具有与掩模接触的凸部；凸部去除工序，供给蚀刻气体而去除凸部；以及再生长层形成工序，向半导体构造及第2半导体层之上供给原料气体而形成再生长层，在同一制造装置内实施凸部去除工序及再生长层形成工序。
发明的效果
如果使用本发明的制造方法，则由于在同一制造装置内实施凸部的去除和之后的半导体层的再生长，因此能够制造在清洁的状态下的表面之上再生长出半导体层的半导体装置。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的半导体激光器的制造方法的气体供给状况的图。
图2是表示实施方式1涉及的半导体激光器的制造方法的剖面图。
图3是表示实施方式1涉及的半导体激光器的制造方法的剖面图。
图4是表示去除凸部的状态的剖面图。
图5是表示实施方式2涉及的半导体激光器的制造方法的气体供给状况的图。
图6是表示实施方式3涉及的半导体激光器的制造方法的气体供给状况的图。
图7是表示实施方式4涉及的半导体激光器的制造方法的气体供给状况的图。
图8是表示实施方式5涉及的半导体激光器的制造方法的气体供给状况的图。
图9是表示实施方式6涉及的半导体激光器的制造方法的气体供给状况的图。
图10是表示实施方式7涉及的EML的制造方法的剖面图。
图11是表示实施方式7涉及的EML的制造方法的剖面图。
具体实施方式
实施方式1.
对实施方式1涉及的半导体激光器的制造方法进行叙述。在说明所用的图2～图3中，激光从半导体激光器与纸面垂直地射出。
首先，如图2(a)所示，在成为基材的n型InP衬底10之上，使n型InP包层12、InGaAsP有源层14、第一p型InP包层16依次外延生长。接着，如图2(b)所示，堆叠SiO2膜，进行使用了抗蚀图案的光蚀刻，由此形成条带状的SiO2掩模18。接着，如图2(c)所示，进行RIE(Reactive Ion Etching)的干蚀刻，将SiO2掩模18的开口部蚀刻至n型InP包层12的中途，形成台面构造20。接着，如图2(d)所示，在与台面构造20的侧面接触的区域，使半绝缘性的InP填埋层26生长。该InP填埋层26作为电流阻挡层而起作用。由于后述的理由，在SiO2掩模18附近的InP填埋层26的表面形成凸部28。接着，使用氢氟酸而去除SiO2掩模18，得到图3(a)的构造。
在InP填埋层26的表面形成凸部28的理由是，为了促进SiO2掩模18附近处的晶体生长。供给至掩模表面的材料在掩模表面向左右流动，有助于掩模附近的InP填埋层26的生长。因此，掩模附近的晶体生长比其它部位快，形成凸部28。
在形成图3(a)的构造之后，如图3(b)所示，通过由HCl气体进行的蚀刻而去除凸部28。此后，将该工序称为凸部去除工序。
去除凸部28的机制如下所述。在由HCl气体进行的蚀刻中，蚀刻速度存在晶体的面方位依赖性，与(001)面相比，(111)B面的蚀刻速度大。在图4(a)中，绘制有凸部28、表示与(001)面垂直的方向的箭头A、表示与(111)B面垂直的方向的箭头B1、B2。如果从图4(a)的状态开始蚀刻，则伴随着蚀刻的进行，如图4(b)所示，凸部变小，最终如图4(c)所示，凸部被去除。
在去除凸部之后，无需将制造中途的半导体激光器从制造装置取出，而是停止HCl气体的供给，使作为原料气体的TMI(三甲基铟)气体流动，使第二p型InP包层30再生长，得到图3(c)所示的构造。此后，将该工序称为再生长层形成工序。然后，在其之上使p型InGaAs接触层32生长，由此得到图3(d)所示的半导体激光器的基本晶体构造。
图1示出气体供给的状况。在凸部去除工序中，供给HCl气体而实施凸部去除。在接下来的再生长层形成工序中，停止HCl气体的供给，供给TMI气体，使第二p型InP包层30再生长。此外，在去除凸部之前，在使制造装置内升温的期间供给PH3(磷化氢)是为了防止P从InP填埋层26逸出。
如果使用实施方式1涉及的制造方法而制造半导体激光器，则得到去除了凸部的InP填埋层26。因此，使第二p型InP包层30和p型InGaAs接触层32平坦地生长。如果在存在凸部的状态下，在其之上使第二p型InP包层30、p型InGaAs接触层32生长，则由于各面方位的生长速度的不同，位错发生传播。其结果，在半导体激光器的表面产生凹坑，会诱发外观不良、之后的蚀刻工序中的异常蚀刻等。与此相对，在使用了实施方式1涉及的制造方法的情况下，得到没有上述那样的故障的半导体激光器。
另外，由于在同一制造装置内连续地实施凸部去除工序及再生长层形成工序，因此，凸部去除后的InP填埋层26及台面构造20的表面不会暴露于大气，在将这些表面保持为清洁的状态下使第二p型InP包层30生长。
另外，与通过湿蚀刻而实施凸部去除的情况相比，减少了制造工序数。
实施方式2.
对实施方式2涉及的半导体激光器的制造方法进行叙述。这里，对于与实施方式1涉及的制造方法相同的工序，不详细叙述，而主要对与实施方式1之间的不同进行说明。对于所得到的效果，也主要记述与实施方式1之间的不同。
图5中示出实施方式2涉及的制造方法中的气体供给的状况。与实施方式1之间的不同在于，在再生长层形成工序中也继续进行HCl气体的供给。
在实施方式2涉及的制造方法中，由于在再生长层形成工序中也供给HCl气体，因此，即使在凸部去除工序完成后未能完全去除凸部，也会在接下来的再生长层形成工序中去除凸部。
实施方式3.
对实施方式3涉及的半导体激光器的制造方法进行叙述。这里，对于与实施方式1涉及的制造方法相同的工序，不详细叙述，而主要对与实施方式1之间的不同进行说明。对于所得到的效果，也主要记述与实施方式1之间的不同。
图6中示出实施方式3涉及的制造方法中的气体供给的状况。与实施方式1之间的不同在于，在凸部去除工序中也供给TMI气体。由于HCl气体也具有对(001)面进行蚀刻的能力，因此，如果HCl气体和TMI气体同时流动，则实际上(001)面是被蚀刻还是进行生长取决于这些气体的供给量、温度、压力等诸多条件。即使在(001)面被蚀刻的情况下，与实施方式1相比蚀刻速度也小，因此，该面的蚀刻量变小，之后的再生长层形成工序中的第二p型InP包层30的形成所耗费的时间缩短。另一方面，在(001)面进行生长的情况下，时间缩短效果进一步增加。
实施方式4.
对实施方式4涉及的半导体激光器的制造方法进行叙述。这里，对于与实施方式1涉及的制造方法相同的工序，不详细叙述，而主要对与实施方式1之间的不同进行说明。对于所得到的效果，也主要记述与实施方式1之间的不同。
图7中示出实施方式4涉及的制造方法中的气体供给的状况。与实施方式1之间的不同在于，在凸部去除工序中也供给TMI气体，在再生长层形成工序中也供给HCl气体。在图7中，使凸部去除工序和再生长层形成工序各自为不同的工序，但也可以将它们合并作为1个工序进行对待，也可以在这些工序之间使气体流量等条件具有差异而作为不同的工序进行对待。
在实施方式4涉及的制造方法中，由于在凸部去除工序和再生长层形成工序中通过HCl气体而去除凸部，因此得到了通过去除凸部而产生的效果。
另外，由于在去除凸部的同时供给TMI气体，因此能够缩短这些工序所耗费的时间。
实施方式5.
对实施方式5涉及的半导体激光器的制造方法进行叙述。这里，对于与实施方式3涉及的制造方法相同的工序，不详细叙述，而主要对与实施方式3之间的不同进行说明。对于所得到的效果，也主要记述与实施方式3之间的不同。
图8中示出实施方式5涉及的制造方法中的气体供给的状况。与实施方式3之间的不同在于，与再生长层形成工序相比，凸部去除工序的TMI气体的流量小。而且，凸部去除工序中的TMI气体的流量是以使得(001)面的生长速度与由HCl气体实现的(001)面的蚀刻速度大致相等的方式设定的。这样，能够在使(001)面的高度几乎不变的情况下仅将凸部去除。由此，能够使界面杂质去除效果最大化。其理由如下。如果蚀刻速度慢，则在杂质被去除之前晶体进行生长，因此界面仍然保持被污染的状态。相反，在蚀刻速度快的情况下，其它供给原料、在炉内附着的杂质容易与HCl气体反应而粘附于表面。因此，在(001)面的高度不变的情况下，界面杂质去除效果最大化。
实施方式6.
对实施方式6涉及的半导体激光器的制造方法进行叙述。这里，对于与实施方式4涉及的制造方法相同的工序，不详细叙述，而主要对与实施方式4之间的不同进行说明。对于所得到的效果，也主要记述与实施方式4之间的不同。
图9中示出实施方式6涉及的制造方法中的气体供给的状况。与实施方式4之间的不同在于，与再生长层形成工序相比，凸部去除工序的TMI气体的流量小。而且，凸部去除工序中的TMI气体的流量是以使得(001)面的生长速度与由HCl气体实现的(001)面的蚀刻速度大致相等的方式设定的。这样，能够在使(001)面的高度几乎不变的情况下仅将凸部去除。由此，能够使界面杂质去除效果最大化。
实施方式7.
对实施方式7涉及的EML(Electro-absorption Modulator integrated Laser-diode)的制造方法进行叙述。在说明所使用的图10、11中，激光从EML朝向纸面的左方而射出。EML由DFB(Distributed FeedBack)部和EA(Electro-Absorption)部构成，其中，DFB部生成激光，EA部对是将所生成的激光向外部射出还是阻挡进行控制。
首先，如图10(a)所示，在n型InP衬底50之上使n型InP包层52外延生长。将在n型InP衬底50之上层叠了n型InP包层52而成的结构称为基材。接着，使InGaAsP有源层54、第一p型InP包层56依次外延生长。接着，如图10(b)所示，堆叠SiO2膜，进行使用了抗蚀图案的光蚀刻，由此形成条带状的SiO2掩模58。接着，如图10(c)所示，进行RIE的干蚀刻，将SiO2掩模58的开口部蚀刻至InGaAsP有源层54之下，形成DFB构造60。接着，如图10(d)所示，在与DFB构造60的侧面接触的区域，使InGaAsP芯层62和第二p型InP包层64生长。将该InGaAsP芯层62和第二p型InP包层64合称为EA构造66。此时，如在实施方式1的说明中所记载的那样，在SiO2掩模58附近的EA构造66的表面形成凸部68。接着，使用氢氟酸而去除SiO2掩模58，得到图11(a)的构造。
在形成图11(a)的构造之后，如图11(b)所示，通过由HCl气体进行的蚀刻而去除凸部68。去除凸部的理由如在实施方式1的说明中所记载的那样。
在去除凸部之后，无需将制造中途的EML从制造装置取出，而是停止HCl气体的供给，使作为原料气体的TMI气体流动而使p型InGaAs接触层72再生长，得到图11(c)所示的构造。此时的气体供给状况与图1相同。图11(c)的右侧是DFB部74，左侧是EA部76。此后，再经过多个工序而完成EML的基本晶体构造，但这些工序是已知的，因此这里不作说明。
如果使用实施方式7涉及的制造方法而制造EML，则得到去除了凸部的EA构造66，因此得到了在实施方式1的说明中所记载的效果。
另外，由于没有将去除凸部后的EA构造66及DFB构造60的表面暴露于大气，因此得到了在实施方式1的说明中所记载的效果。
在上述说明中，先形成DFB构造60，然后形成EA构造66，但也可以先形成EA构造，然后形成DFB构造。在这种情况下，在DFB构造的表面形成凸部，但如上所述，只要去除凸部，就得到了与先前记载的效果相同的效果。
另外，也可以将针对实施方式2～6而说明的气体供给方法应用于实施方式7涉及的EML的制造方法。在这种情况下，分别得到了针对实施方式2～6而记载过的效果。
此外，在实施方式1～7的说明中，使用了HCl气体作为蚀刻气体，但也可以使用除此以外的卤素类的蚀刻气体。具体地说，是Cl2、CCl4、CBr4、CCl3Br、TBCl(Tertiary butylchloride)等气体。
另外，在实施方式1-7的说明中记载了半导体激光器或EML的制造方法，但除此以外，只要是使用选择掩模实施蚀刻和再生长而进行制造的构造，就能够应用本发明。
标号的说明
10、50n型InP衬底，12、52n型InP包层，14、54InGaAsP有源层，16、56第一p型InP包层，18、58SiO2掩模，20台面构造，26InP填埋层，28、68凸部，30第二p型InP包层，32、72p型InGaAs接触层，60DFB构造，62InGaAsP芯层，64第二p型InP包层，66EA构造，74DFB部，76EA部。

Claims (13)

1.一种半导体装置的制造方法，其具有：
在基材之上形成第1半导体层的工序；
在所述第1半导体层之上形成掩模的工序；
使用所述掩模对所述第1半导体层进行蚀刻，形成半导体构造的工序；
在与所述半导体构造的侧面接触的区域形成第2半导体层的工序，该第2半导体层具有与所述掩模接触的凸部；
凸部去除工序，供给蚀刻气体而去除所述凸部；以及
再生长层形成工序，向所述半导体构造及所述第2半导体层之上供给原料气体而形成再生长层，
在同一制造装置内连续地实施所述凸部去除工序及所述凸部去除工序后的所述再生长层形成工序。
2.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，
在所述再生长层形成工序中供给所述蚀刻气体。
3.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，
在所述凸部去除工序中供给所述原料气体。
4.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，
在所述凸部去除工序中供给所述原料气体，
在所述再生长层形成工序中供给所述蚀刻气体。
5.根据权利要求3或4所述的半导体装置的制造方法，其中，
与所述再生长层形成工序相比，所述凸部去除工序的所述原料气体的流量小。
6.根据权利要求5所述的半导体装置的制造方法，其中，
在所述凸部去除工序中，在所述凸部以外的区域，高度几乎不变。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置的制造方法，其中，
所述蚀刻气体是卤素类气体。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置的制造方法，其中，
所述半导体构造是台面构造，
所述第2半导体层是电流阻挡层，
所述半导体装置是半导体激光器。
9.根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其中，
所述基材是第1导电型InP衬底，
所述第1半导体层从下层朝向上层而依次具有第1导电型InP包层、InGaAsP有源层、第一第2导电型InP包层，
所述第2半导体层是半绝缘性的InP填埋层，
所述再生长层是第二第2导电型InP包层，
所述原料气体是TMI气体。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置的制造方法，其中，
所述半导体构造是DFB构造，
所述第2半导体层是EA构造，
所述半导体装置是EML。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置的制造方法，其中，
所述半导体构造是EA构造，
所述第2半导体层是DFB构造，
所述半导体装置是EML。
12.根据权利要求10所述的半导体装置的制造方法，其中，
所述基材是在第1导电型InP衬底之上层叠了第1导电型InP包层而成的，
所述第1半导体层从下层朝向上层而依次具有InGaAsP有源层、第一第2导电型InP包层，
所述EA构造从下层朝向上层而依次具有InGaAsP芯层、第二第2导电型InP包层，
所述再生长层是第2导电型InGaAs接触层，
所述原料气体是TMI气体。
13.根据权利要求11所述的半导体装置的制造方法，其中，
所述基材是在第1导电型InP衬底之上层叠了第1导电型InP包层而成的，
所述第1半导体层从下层朝向上层而依次具有InGaAsP有源层、第一第2导电型InP包层，
所述EA构造从下层朝向上层而依次具有InGaAsP芯层、第二第2导电型InP包层，
所述再生长层是第2导电型InGaAs接触层，
所述原料气体是TMI气体。
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