JP2000228532A - 多段メサ構造の製作方法 - Google Patents
多段メサ構造の製作方法Info
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- JP2000228532A JP2000228532A JP11030982A JP3098299A JP2000228532A JP 2000228532 A JP2000228532 A JP 2000228532A JP 11030982 A JP11030982 A JP 11030982A JP 3098299 A JP3098299 A JP 3098299A JP 2000228532 A JP2000228532 A JP 2000228532A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】エッチングマスクとの密着性の悪い材料を用い
る場合でも、サイドエッチング量を制御することがで
き、所望の断面形状の多段メサ構造の製作方法を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】半導体基板１１上に、第１のレジストパタ
ン１７を形成し、第１のレジストパタン１７を用いてキ
ャリア走行層１３、光吸収層１４、バリア層１５、上部
電極層１６をエッチングして第１のメサ構造を形成し、
次に、第２のレジストパタン１８を形成し、第２のレジ
ストパタン１８を用いてキャリア走行層１３、光吸収層
１４、バリア層１５、上部電極層１６のうちの一部の上
層を少なくとも１層以上選択的にエッチングして第２の
メサ構造を形成する。
る場合でも、サイドエッチング量を制御することがで
き、所望の断面形状の多段メサ構造の製作方法を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】半導体基板１１上に、第１のレジストパタ
ン１７を形成し、第１のレジストパタン１７を用いてキ
ャリア走行層１３、光吸収層１４、バリア層１５、上部
電極層１６をエッチングして第１のメサ構造を形成し、
次に、第２のレジストパタン１８を形成し、第２のレジ
ストパタン１８を用いてキャリア走行層１３、光吸収層
１４、バリア層１５、上部電極層１６のうちの一部の上
層を少なくとも１層以上選択的にエッチングして第２の
メサ構造を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子製作に
用いられる多段メサ構造の製作方法に関するものであ
る。
用いられる多段メサ構造の製作方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】基板上に半導体素子を作製する場合、基
板上にレジスト等のエッチングマスクパタンを形成し、
これを用いて半導体をエッチングし、メサ構造を形成す
るという工程が広く用いられている。エッチング手法と
しては、酸やアルカリなどの溶液、あるいはこれらの混
合物を用いた化学エッチング（あるいはウェットエッチ
ングとも呼ばれる）が良く用いられている。ウェットエ
ッチングの利点は、ドライエッチングのような高真空装
置を必要とせず、かつ危険な高圧ガスを取り扱う必要も
ないため、簡便でかつ低コストな工程を構築することが
できる点である。一方、ウェットエッチングの欠点は、
その等方的なエッチング特性のため、サイドエッチング
が生じてしまう点にある。さらに、エッチングマスクと
基板との密着性が十分でない場合は、サイドエッチング
が激しく進行し、メサ形状が所望のパタンよりも極めて
小さくなってしまうという欠点もある。
板上にレジスト等のエッチングマスクパタンを形成し、
これを用いて半導体をエッチングし、メサ構造を形成す
るという工程が広く用いられている。エッチング手法と
しては、酸やアルカリなどの溶液、あるいはこれらの混
合物を用いた化学エッチング（あるいはウェットエッチ
ングとも呼ばれる）が良く用いられている。ウェットエ
ッチングの利点は、ドライエッチングのような高真空装
置を必要とせず、かつ危険な高圧ガスを取り扱う必要も
ないため、簡便でかつ低コストな工程を構築することが
できる点である。一方、ウェットエッチングの欠点は、
その等方的なエッチング特性のため、サイドエッチング
が生じてしまう点にある。さらに、エッチングマスクと
基板との密着性が十分でない場合は、サイドエッチング
が激しく進行し、メサ形状が所望のパタンよりも極めて
小さくなってしまうという欠点もある。
【０００３】この点について、具体的な半導体素子とし
て、光通信や光測定などの分野で幅広く使われている、
ｐｎ接合を用いたフォトダイオードの製作工程を例に挙
げ、以下に従来技術を詳述する。なおここでは、フォト
ダイオードとして、高速性と高出力特性を合わせ持つフ
ォトダイオードである単一キャリアフォトダイオード
［UTC-PD（Uni-Traveling-Carrier Photodiode）］（特
開平９−２７５２２４号公報）構造について述べる。
て、光通信や光測定などの分野で幅広く使われている、
ｐｎ接合を用いたフォトダイオードの製作工程を例に挙
げ、以下に従来技術を詳述する。なおここでは、フォト
ダイオードとして、高速性と高出力特性を合わせ持つフ
ォトダイオードである単一キャリアフォトダイオード
［UTC-PD（Uni-Traveling-Carrier Photodiode）］（特
開平９−２７５２２４号公報）構造について述べる。
【０００４】図３は従来の多段メサ構造（代表例として
単一キャリアフォトダイオードを示す）の製作工程であ
る。図３（ａ）に示すように、まず上部電極２０を形成
した後、第１のレジストパタン２１を形成する。次にこ
れを用いて上部電極層１６、バリア層１５、光吸収層１
４を連続的にエッチングし、第１のメサを形成する（図
３（ｂ））。上部電極層１６、及び光吸収層１４はｐ型
ＩｎＧａＡｓ、バリア層１５はｐ型ＩｎＧａＡｓＰから
成っているので、例えばクエン酸系のエッチング液（ク
エン酸、過酸化水素、水の混合液）で連続的にエッチン
グすることができる。また、アンドープＩｎＰからなる
キャリア走行層１３は、このエッチング液ではエッチン
グされないため、キャリア走行層１３上部でエッチング
を選択的に停止することができる。この際に、第１のレ
ジストパタン２１に対し、上部電極層１６、バリア層１
５、及び光吸収層１４がサイドエッチングされ、側面が
第１のレジストパタン２１よりも内側に入り、断面がオ
ーバーハング構造となる。しかし、ＩｎＧａＡｓとレジ
ストとの密着性は良いので、このサイドエッチング量は
それほど大きなものではない。次に、第２のレジストパ
タン２２を形成する（図３（ｃ））。次にこれを用いて
ＩｎＰからなるキャリア走行層１３をエッチングする
（図３（ｄ））。ＩｎＰは、例えば塩酸と燐酸の混合液
でエッチングすることができ、かつこのエッチングは、
ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエッチストップ層２３上部で
選択的に停止させることができる。しかし、一般的にＩ
ｎＰとレジストとの密着性は極めて悪く、第２のレジス
トパタン２２は第１のレジストパタン２１よりも十分広
いにもかかわらず、サイドエッチングが激しく進行し、
第２のメサは第１のメサよりも小さく（オーバーハング
構造に）なってしまう（図３（ｄ））という問題点があ
った。素子の作製は、その後のエッチストップ層２３及
びｎ型ＩｎＰからなる下部電極層１２のメサエッチン
グ、及び下部電極１９の形成で完了する（図３
（ｅ））。
単一キャリアフォトダイオードを示す）の製作工程であ
る。図３（ａ）に示すように、まず上部電極２０を形成
した後、第１のレジストパタン２１を形成する。次にこ
れを用いて上部電極層１６、バリア層１５、光吸収層１
４を連続的にエッチングし、第１のメサを形成する（図
３（ｂ））。上部電極層１６、及び光吸収層１４はｐ型
ＩｎＧａＡｓ、バリア層１５はｐ型ＩｎＧａＡｓＰから
成っているので、例えばクエン酸系のエッチング液（ク
エン酸、過酸化水素、水の混合液）で連続的にエッチン
グすることができる。また、アンドープＩｎＰからなる
キャリア走行層１３は、このエッチング液ではエッチン
グされないため、キャリア走行層１３上部でエッチング
を選択的に停止することができる。この際に、第１のレ
ジストパタン２１に対し、上部電極層１６、バリア層１
５、及び光吸収層１４がサイドエッチングされ、側面が
第１のレジストパタン２１よりも内側に入り、断面がオ
ーバーハング構造となる。しかし、ＩｎＧａＡｓとレジ
ストとの密着性は良いので、このサイドエッチング量は
それほど大きなものではない。次に、第２のレジストパ
タン２２を形成する（図３（ｃ））。次にこれを用いて
ＩｎＰからなるキャリア走行層１３をエッチングする
（図３（ｄ））。ＩｎＰは、例えば塩酸と燐酸の混合液
でエッチングすることができ、かつこのエッチングは、
ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエッチストップ層２３上部で
選択的に停止させることができる。しかし、一般的にＩ
ｎＰとレジストとの密着性は極めて悪く、第２のレジス
トパタン２２は第１のレジストパタン２１よりも十分広
いにもかかわらず、サイドエッチングが激しく進行し、
第２のメサは第１のメサよりも小さく（オーバーハング
構造に）なってしまう（図３（ｄ））という問題点があ
った。素子の作製は、その後のエッチストップ層２３及
びｎ型ＩｎＰからなる下部電極層１２のメサエッチン
グ、及び下部電極１９の形成で完了する（図３
（ｅ））。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の多段メサ構造の製作方法においては、上述のよう
に、キャリア走行層１３に対し光吸収層１４がオーバー
ハング構造となってしまった場合、以下のような問題点
がある。図４は光吸収層１４のオーバーハング部で発生
したキャリアの動きを模式的に示したものである。発生
した電子・正孔ペアのうち、正孔は直上の上部電極２０
方向へ導かれる。光吸収層１４、発生した電子を上部電
極２０方向へ拡散させないためのバリア層１５、及び上
部電極層１６は全て高濃度ｐ型にドープされており、発
生した正孔の濃度はバックグラウンド正孔濃度に比べて
十分低いので、発生した正孔により生じた電位は、誘電
緩和時間程度で緩和するので、その伝導は非常に高速な
ものと捉えることができる。一方、電子のうち、オーバ
ーハング部で発生したものは、キャリア走行層１３へ引
き抜かれる前に光吸収層１４を横方向へ拡散で移動しな
ければならない。光吸収層１４内では横方向に電界は存
在しないので、この拡散速度は極めて低速であり、結果
として図５に示すように、素子の出力信号に長時間の据
引き成分を生じさせてしまうことになる。この様に、所
望のメサ断面形状が得られないことは、所望の高速な素
子特性が得られないという欠点をもたらすものであり、
メサ断面形状を所望の形に制御できるようにすることは
重要な意昧を持つ。これ以外にも、受光素子メサ側面が
露出していることによる素子劣化が促進されることが予
測されるが、これも図６に示すように、キャリア走行層
１３をせり出させ、素子側面での電界を緩和することに
より、素子劣化を抑制することができるので、同様にメ
サ断面形状を所望の形に制御できるようにすることが重
要である。しかしながら、従来の多段メサ構造の製作方
法では、ＩｎＰの様にエッチングマスクとの密着性の悪
い材料を用いる場合、サイドエッチング量を制御するこ
とはできなかった。
来の多段メサ構造の製作方法においては、上述のよう
に、キャリア走行層１３に対し光吸収層１４がオーバー
ハング構造となってしまった場合、以下のような問題点
がある。図４は光吸収層１４のオーバーハング部で発生
したキャリアの動きを模式的に示したものである。発生
した電子・正孔ペアのうち、正孔は直上の上部電極２０
方向へ導かれる。光吸収層１４、発生した電子を上部電
極２０方向へ拡散させないためのバリア層１５、及び上
部電極層１６は全て高濃度ｐ型にドープされており、発
生した正孔の濃度はバックグラウンド正孔濃度に比べて
十分低いので、発生した正孔により生じた電位は、誘電
緩和時間程度で緩和するので、その伝導は非常に高速な
ものと捉えることができる。一方、電子のうち、オーバ
ーハング部で発生したものは、キャリア走行層１３へ引
き抜かれる前に光吸収層１４を横方向へ拡散で移動しな
ければならない。光吸収層１４内では横方向に電界は存
在しないので、この拡散速度は極めて低速であり、結果
として図５に示すように、素子の出力信号に長時間の据
引き成分を生じさせてしまうことになる。この様に、所
望のメサ断面形状が得られないことは、所望の高速な素
子特性が得られないという欠点をもたらすものであり、
メサ断面形状を所望の形に制御できるようにすることは
重要な意昧を持つ。これ以外にも、受光素子メサ側面が
露出していることによる素子劣化が促進されることが予
測されるが、これも図６に示すように、キャリア走行層
１３をせり出させ、素子側面での電界を緩和することに
より、素子劣化を抑制することができるので、同様にメ
サ断面形状を所望の形に制御できるようにすることが重
要である。しかしながら、従来の多段メサ構造の製作方
法では、ＩｎＰの様にエッチングマスクとの密着性の悪
い材料を用いる場合、サイドエッチング量を制御するこ
とはできなかった。
【０００６】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、エッチングマスクとの密着性の悪い材料を
用いる場合でも、サイドエッチング量を制御することが
でき、所望の断面形状の多段メサ構造を製作することが
できる多段メサ構造の製作方法を提供することを目的と
する。
れたもので、エッチングマスクとの密着性の悪い材料を
用いる場合でも、サイドエッチング量を制御することが
でき、所望の断面形状の多段メサ構造を製作することが
できる多段メサ構造の製作方法を提供することを目的と
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、少なくとも１つ以上の半導体層
界面の上層に対し下層のメサ面積が大きくなるような形
状の多段メサ構造の製作方法において、少なくとも２層
以上の異なる半導体層が形成された半導体基板上に、島
状の第１のエッチングマスクを形成する工程と、前記第
１のエッチングマスクを用いて前記半導体層を２層以上
エッチングし、島状の第１のメサ構造を形成する工程
と、環状の開口部を有し、かつ前記開口部の内側部が少
なくとも前記第１のメサ構造外側部よりも内側に存在す
る第２のエッチングマスクを形成する工程と、前記第２
のエッチングマスクを用いて前記半導体層のうちの一部
の上層を少なくとも１層以上選択的にエッチングし、前
記第１のメサ構造の領域よりも内側に島状の第２のメサ
構造を形成する工程とを設ける。
め、本発明においては、少なくとも１つ以上の半導体層
界面の上層に対し下層のメサ面積が大きくなるような形
状の多段メサ構造の製作方法において、少なくとも２層
以上の異なる半導体層が形成された半導体基板上に、島
状の第１のエッチングマスクを形成する工程と、前記第
１のエッチングマスクを用いて前記半導体層を２層以上
エッチングし、島状の第１のメサ構造を形成する工程
と、環状の開口部を有し、かつ前記開口部の内側部が少
なくとも前記第１のメサ構造外側部よりも内側に存在す
る第２のエッチングマスクを形成する工程と、前記第２
のエッチングマスクを用いて前記半導体層のうちの一部
の上層を少なくとも１層以上選択的にエッチングし、前
記第１のメサ構造の領域よりも内側に島状の第２のメサ
構造を形成する工程とを設ける。
【０００８】また、前記２層以上の異なる半導体層が、
ＩｎＰ及びＩｎＧａＡｓもしくはＩｎＧａＡｓＰであ
り、かつ前記第１及び第２のエッチングマスクがフォト
レジストにより構成される。
ＩｎＰ及びＩｎＧａＡｓもしくはＩｎＧａＡｓＰであ
り、かつ前記第１及び第２のエッチングマスクがフォト
レジストにより構成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る多段メサ構造
の製作方法の第１の実施の形態を説明する断面図であ
る。半導体素子の一例として、単一キャリアフォトダイ
オード（ＵＴＣ−ＰＤ）を用いて説明する。図に示すよ
うに、１１は半絶縁性のＩｎＰからなる半導体基板、１
６はｐ型ＩｎＧａＡｓからなる上部電極層（ＩｎＰに格
子整合する組成）。１５はｐ型ＩｎＧａＡｓＰ（波長
１．３μｍ相当）からなるバリア層、１４は信号光を吸
収するｐ型ＩｎＧａＡｓからなる光吸収層（ＩｎＰに格
子整合する組成）、１３はアンドープＩｎＰからなるキ
ャリア走行層、２３はｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエッチ
ストップ層、１２はｎ型ＩｎＰからなる下部電極層であ
る。なお、本発明の構成には直接関係しないため、ここ
ではＵＴＣ−ＰＤの層構成は簡略化して記述している。
また、ここでは、信号光が半導体基板１１裏面から入射
する裏面入射型フォトダイオード構造としている。
の製作方法の第１の実施の形態を説明する断面図であ
る。半導体素子の一例として、単一キャリアフォトダイ
オード（ＵＴＣ−ＰＤ）を用いて説明する。図に示すよ
うに、１１は半絶縁性のＩｎＰからなる半導体基板、１
６はｐ型ＩｎＧａＡｓからなる上部電極層（ＩｎＰに格
子整合する組成）。１５はｐ型ＩｎＧａＡｓＰ（波長
１．３μｍ相当）からなるバリア層、１４は信号光を吸
収するｐ型ＩｎＧａＡｓからなる光吸収層（ＩｎＰに格
子整合する組成）、１３はアンドープＩｎＰからなるキ
ャリア走行層、２３はｎ型ＩｎＧａＡｓからなるエッチ
ストップ層、１２はｎ型ＩｎＰからなる下部電極層であ
る。なお、本発明の構成には直接関係しないため、ここ
ではＵＴＣ−ＰＤの層構成は簡略化して記述している。
また、ここでは、信号光が半導体基板１１裏面から入射
する裏面入射型フォトダイオード構造としている。
【００１０】本発明の多段メサ構造の製作方法では、図
１（ａ）に示すように、まず上部電極２０を形成した
後、フォトレジストから成る第１のレジストパタン１７
（島状の第１のエッチングマスク）を形成する。次にこ
れを用いて上部電極層１６、バリア層１５、光吸収層１
４、及びキャリア定行層１３を連続的にエッチングし、
島状の第１のメサ構造を形成する（図１（ｂ））。上部
電極層１６、及び光吸収層１４はＩｎＧａＡｓ、バリア
層１５はＩｎＧａＡｓＰから成っているので、例えばク
エン酸系のエッチング液で連続的にエッチングすること
ができる。また、ＩｎＰからなるキャリア走行層１３
は、このエッチング液ではエッチングされないため、キ
ャリア走行層１３上部でエッチングを選択的に停止す
る。この際に、第１のレジストパタン１７に対し、上部
電極層１６、バリア層１５、及び光吸収層１４がサイド
エッチングされ、側面がレジストパタンよりも内側に入
り、断面がオーバーハング構造となる。しかし、ＩｎＧ
ａＡｓとレジストとの密着性は良いので、このサイドエ
ッチング量はそれほど大きなものではない。続いて、Ｉ
ｎＰからなるキャリア走行層１３をエッチングする。Ｉ
ｎＰは、例えば塩酸と燐酸の混合液でエッチングするこ
とができ、かつこのエッチングは、ＩｎＧａＡｓからな
るエッチストップ層２３上部で選択的に停止させること
ができる。また、このエッチング液では上部電極層１
６、バリア層１５、及び光吸収層１４も同様にエッチン
グされない。ここで、ＩｎＰからなるキャリア走行層１
３とＩｎＧａＡｓからなる光吸収層１４は結晶学的に連
続（エピタキシャル）に接続されており、この様にＩｎ
Ｐ層がＩｎＧａＡｓ層で覆われている場合は、サイドエ
ッチングが入りにくいか、もしくは結晶方位によっては
サイドエッチングが全く入らないという性質を有してい
る。従って、ＩｎＰからなるキャリア走行層１３のサイ
ドエッチング量を効果的に抑制することができる。この
様にして第１のメサ構造が形成される。次に、フォトレ
ジストから成る第２のレジストパタン１８（第２のエッ
チングマスク）を形成する（図１（ｃ））。この第２の
レジストパタン１８は、環状の開口部を有し、少なくと
も前記第１のメサ構造外側部よりも内側にその内側部が
存在している。環状の開口部外側部は、後述するよう
に、前記第１のメサ構造外側部に対し内側にあっても外
側にあっても良い（本実施の形態では、内側に存在して
いる）が、内側に存在する場合は、前記第１のメサ構造
外側部からの距離を、エッチングする深さ（本実施の形
態では、上部電極層１６、バリア層１５、及び光吸収層
１４の膜厚の和）と同程度以内にするのが好適である。
この様にすることにより、前記第１のメサ構造外周部端
における上層のエッチング残りを防止することができ
る。この第２のレジストパタン１８を用い、上部電極層
１６、バリア層１５、及び光吸収層１４を連続的にエッ
チングし、第２のメサ構造を形成する（図１（ｄ））。
上部電極層１６、及び光吸収層１４はＩｎＧａＡｓ、バ
リア層１５はＩｎＧａＡｓＰから成っているので、例え
ばクエン酸系のエッチング液で運続的にエッチングする
ことができる。また、ＩｎＰからなるキャリア走行層１
３は、このエッチング液ではエッチングされないため、
キャリア走行層１３上部でエッチングを選択的に停止す
る。この際に、第１のレジストパタン１７に対し、上部
電極層１６、バリア層１５、及び光吸収層１４がサイド
エッチングされ、側面が第１のレジストパタン１７より
も内側に入り、断面がオーバーハング構造となる。しか
し、ＩｎＧａＡｓとレジストとの密着性は良いので、こ
のサイドエッチング量はそれほど大きなものではない。
この様な工程を用いることにより、容易にかつ制御性良
く、キャリア走行層１３が光吸収層１４、バリア層１
５、上部電極層１６よりも外側にせり出した断面構造を
有する多段メサ構造を形成することができる。素子の作
製は、その後のエッチストップ層２３及び下部電極層１
２のメサエッチング、及び下部電極１９の形成で完了す
る（図１（ｅ））。
１（ａ）に示すように、まず上部電極２０を形成した
後、フォトレジストから成る第１のレジストパタン１７
（島状の第１のエッチングマスク）を形成する。次にこ
れを用いて上部電極層１６、バリア層１５、光吸収層１
４、及びキャリア定行層１３を連続的にエッチングし、
島状の第１のメサ構造を形成する（図１（ｂ））。上部
電極層１６、及び光吸収層１４はＩｎＧａＡｓ、バリア
層１５はＩｎＧａＡｓＰから成っているので、例えばク
エン酸系のエッチング液で連続的にエッチングすること
ができる。また、ＩｎＰからなるキャリア走行層１３
は、このエッチング液ではエッチングされないため、キ
ャリア走行層１３上部でエッチングを選択的に停止す
る。この際に、第１のレジストパタン１７に対し、上部
電極層１６、バリア層１５、及び光吸収層１４がサイド
エッチングされ、側面がレジストパタンよりも内側に入
り、断面がオーバーハング構造となる。しかし、ＩｎＧ
ａＡｓとレジストとの密着性は良いので、このサイドエ
ッチング量はそれほど大きなものではない。続いて、Ｉ
ｎＰからなるキャリア走行層１３をエッチングする。Ｉ
ｎＰは、例えば塩酸と燐酸の混合液でエッチングするこ
とができ、かつこのエッチングは、ＩｎＧａＡｓからな
るエッチストップ層２３上部で選択的に停止させること
ができる。また、このエッチング液では上部電極層１
６、バリア層１５、及び光吸収層１４も同様にエッチン
グされない。ここで、ＩｎＰからなるキャリア走行層１
３とＩｎＧａＡｓからなる光吸収層１４は結晶学的に連
続（エピタキシャル）に接続されており、この様にＩｎ
Ｐ層がＩｎＧａＡｓ層で覆われている場合は、サイドエ
ッチングが入りにくいか、もしくは結晶方位によっては
サイドエッチングが全く入らないという性質を有してい
る。従って、ＩｎＰからなるキャリア走行層１３のサイ
ドエッチング量を効果的に抑制することができる。この
様にして第１のメサ構造が形成される。次に、フォトレ
ジストから成る第２のレジストパタン１８（第２のエッ
チングマスク）を形成する（図１（ｃ））。この第２の
レジストパタン１８は、環状の開口部を有し、少なくと
も前記第１のメサ構造外側部よりも内側にその内側部が
存在している。環状の開口部外側部は、後述するよう
に、前記第１のメサ構造外側部に対し内側にあっても外
側にあっても良い（本実施の形態では、内側に存在して
いる）が、内側に存在する場合は、前記第１のメサ構造
外側部からの距離を、エッチングする深さ（本実施の形
態では、上部電極層１６、バリア層１５、及び光吸収層
１４の膜厚の和）と同程度以内にするのが好適である。
この様にすることにより、前記第１のメサ構造外周部端
における上層のエッチング残りを防止することができ
る。この第２のレジストパタン１８を用い、上部電極層
１６、バリア層１５、及び光吸収層１４を連続的にエッ
チングし、第２のメサ構造を形成する（図１（ｄ））。
上部電極層１６、及び光吸収層１４はＩｎＧａＡｓ、バ
リア層１５はＩｎＧａＡｓＰから成っているので、例え
ばクエン酸系のエッチング液で運続的にエッチングする
ことができる。また、ＩｎＰからなるキャリア走行層１
３は、このエッチング液ではエッチングされないため、
キャリア走行層１３上部でエッチングを選択的に停止す
る。この際に、第１のレジストパタン１７に対し、上部
電極層１６、バリア層１５、及び光吸収層１４がサイド
エッチングされ、側面が第１のレジストパタン１７より
も内側に入り、断面がオーバーハング構造となる。しか
し、ＩｎＧａＡｓとレジストとの密着性は良いので、こ
のサイドエッチング量はそれほど大きなものではない。
この様な工程を用いることにより、容易にかつ制御性良
く、キャリア走行層１３が光吸収層１４、バリア層１
５、上部電極層１６よりも外側にせり出した断面構造を
有する多段メサ構造を形成することができる。素子の作
製は、その後のエッチストップ層２３及び下部電極層１
２のメサエッチング、及び下部電極１９の形成で完了す
る（図１（ｅ））。
【００１１】図２は本発明に係る多段メサ構造の製作方
法の第２の実施の形態を説明する断面図である。層構造
は第１の実施の形態に記載のものと同様である。また、
図２の多段メサ構造の製作工程も、第２のレジストパタ
ン２４に関する部分を除いて図１と同様である。図１と
の違いは、第２のレジストパタン２４の環状の開口部外
側部が、前記第１のメサ構造外側部に対し外側に存在し
ている点である（図２（ｃ））。図２においては、この
第２のレジストパタン２４を用い、上部電極層１６、バ
リア層１５、及び光吸収層１４を連続的にエッチング
し、第２のメサ構造を形成する（図２（ｄ））場合、図
１と同様に、上部電極層１６、及び光吸収層１４はＩｎ
ＧａＡｓ、バリア層１５はＩｎＧａＡｓＰから成ってい
るので、例えばクエン酸系のエッチング液で連続的にエ
ッチングすることができるし、また、ＩｎＰからなるキ
ャリア走行層１３は、このエッチング液ではエッチング
されないため、キャリア走行層１３上部でエッチングを
選択的に停止することができる。この際に、エッチスト
ップ層２３も一部エッチングされてしまうが、エッチン
グは下部電極層１２上部で停止するし、かつこの間隔は
わずかであり、下部電極層の厚さに比べてエッチストッ
プ層の厚さは充分薄いので、下部電極部分（下部電極層
１２とエッチストップ層２３の和）の抵抗が増大する様
なことはない。従って実質的には問題にはならない。す
なわち、フォトレジストから成る第２のレジストパタン
２４の環状の開口部外側部は、前記第１のメサ構造外側
部に対し内側にあっても外側にあっても良い。そして、
この様な工程を用いることにより、容易にかつ制御性良
く、キャリア走行層１３が光吸収層１４、バリア層１
５、上部電極層１６よりも外側にせり出した断面構造を
有する多段メサ構造を形成することができる。図７は第
２のレジストパタン（エッチングマスクパタン）の形状
の例を示すための図である。この様に、レジストの開口
部は環状開口部２５となっており、その内側部２６は第
１のメサ構造外側部よりも内側に存在している。環状開
口部２５の形状は、矩形、円形、六角形のものを示した
が、これ以外の形状であっても良く、必要、目的に応じ
て適宜設計する事ができる。
法の第２の実施の形態を説明する断面図である。層構造
は第１の実施の形態に記載のものと同様である。また、
図２の多段メサ構造の製作工程も、第２のレジストパタ
ン２４に関する部分を除いて図１と同様である。図１と
の違いは、第２のレジストパタン２４の環状の開口部外
側部が、前記第１のメサ構造外側部に対し外側に存在し
ている点である（図２（ｃ））。図２においては、この
第２のレジストパタン２４を用い、上部電極層１６、バ
リア層１５、及び光吸収層１４を連続的にエッチング
し、第２のメサ構造を形成する（図２（ｄ））場合、図
１と同様に、上部電極層１６、及び光吸収層１４はＩｎ
ＧａＡｓ、バリア層１５はＩｎＧａＡｓＰから成ってい
るので、例えばクエン酸系のエッチング液で連続的にエ
ッチングすることができるし、また、ＩｎＰからなるキ
ャリア走行層１３は、このエッチング液ではエッチング
されないため、キャリア走行層１３上部でエッチングを
選択的に停止することができる。この際に、エッチスト
ップ層２３も一部エッチングされてしまうが、エッチン
グは下部電極層１２上部で停止するし、かつこの間隔は
わずかであり、下部電極層の厚さに比べてエッチストッ
プ層の厚さは充分薄いので、下部電極部分（下部電極層
１２とエッチストップ層２３の和）の抵抗が増大する様
なことはない。従って実質的には問題にはならない。す
なわち、フォトレジストから成る第２のレジストパタン
２４の環状の開口部外側部は、前記第１のメサ構造外側
部に対し内側にあっても外側にあっても良い。そして、
この様な工程を用いることにより、容易にかつ制御性良
く、キャリア走行層１３が光吸収層１４、バリア層１
５、上部電極層１６よりも外側にせり出した断面構造を
有する多段メサ構造を形成することができる。図７は第
２のレジストパタン（エッチングマスクパタン）の形状
の例を示すための図である。この様に、レジストの開口
部は環状開口部２５となっており、その内側部２６は第
１のメサ構造外側部よりも内側に存在している。環状開
口部２５の形状は、矩形、円形、六角形のものを示した
が、これ以外の形状であっても良く、必要、目的に応じ
て適宜設計する事ができる。
【００１２】第１及び第２の実施の形態では、ＩｎＰに
対するＩｎＧａＡｓもしくはＩｎＧａＡｓＰの選択エッ
チング液としてクエン酸系のものを用いたが、硫酸系
（硫酸、過酸化水素、水の混合液）など、通常用いられ
る他のエッチング液でも良い。また、ＩｎＧａＡｓもし
くはＩｎＧａＡｓＰに対するＩｎＰの選択エッチング液
として塩酸、燐酸の混合液を用いたが、塩酸水溶液、臭
酸系エッチング液、ブロムメタノール等、通常用いられ
る他のエッチング液でも良い。また、エッチングマスク
としてフォトレジストの場含について述べたが、ポリイ
ミドやＢＣＢ（ビスベンゾシクロブテン）などの他のポ
リマー材料や、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜など、
半導体プロセスで通常用いられる材料を用いることがで
きる。これらの中では、半導体との密着性が劣っている
フォトレジストに代表されるポリマー材料に対し本願発
明を適用するのが特に好適である。
対するＩｎＧａＡｓもしくはＩｎＧａＡｓＰの選択エッ
チング液としてクエン酸系のものを用いたが、硫酸系
（硫酸、過酸化水素、水の混合液）など、通常用いられ
る他のエッチング液でも良い。また、ＩｎＧａＡｓもし
くはＩｎＧａＡｓＰに対するＩｎＰの選択エッチング液
として塩酸、燐酸の混合液を用いたが、塩酸水溶液、臭
酸系エッチング液、ブロムメタノール等、通常用いられ
る他のエッチング液でも良い。また、エッチングマスク
としてフォトレジストの場含について述べたが、ポリイ
ミドやＢＣＢ（ビスベンゾシクロブテン）などの他のポ
リマー材料や、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜など、
半導体プロセスで通常用いられる材料を用いることがで
きる。これらの中では、半導体との密着性が劣っている
フォトレジストに代表されるポリマー材料に対し本願発
明を適用するのが特に好適である。
【００１３】上述の各実施の形態では、半導体素子とし
てフォトダイオードの一種である単一キャリアフォトダ
イオードを用いた。単一キャリアフォトダイオードの層
構成は、本実施の形態で示したもの以外にも、光吸収層
１４とキャリア走行層１３との間に複数の層を挿入し、
伝導帯不連続を低減することによりキャリアブロック現
象を防止したり、キャリア走行層１３の一部を光吸収層
１４として用いるハイブリッド構造など、様々なバリエ
ーションが可能である。一方、半導体素子としては、こ
れ以外にも、通常のｐｉｎフォトダイオード等の受光素
子、各種トランジスタ（バイポーラトランジスタ、ＦＥ
Ｔ）、レーザー、光変調素子等、様々な素子に適用でき
ることは言うまでもない。半導体素子を構成する材料と
して上記実施の形態では、本願発明が特に有効な、Ｉｎ
Ｐ基板に格子整合するＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）系を
用いたが、ＩｎＡｌ（Ｇａ）Ａｓ／ＩｎＧａＡｓ、Ｉｎ
ＡｌＡｓ／ＧａＡｓＳｂなどのＩｎＰに格子整合する他
の半導体材料の組み合わせや、格子不整含系材料などに
も適用することができる。
てフォトダイオードの一種である単一キャリアフォトダ
イオードを用いた。単一キャリアフォトダイオードの層
構成は、本実施の形態で示したもの以外にも、光吸収層
１４とキャリア走行層１３との間に複数の層を挿入し、
伝導帯不連続を低減することによりキャリアブロック現
象を防止したり、キャリア走行層１３の一部を光吸収層
１４として用いるハイブリッド構造など、様々なバリエ
ーションが可能である。一方、半導体素子としては、こ
れ以外にも、通常のｐｉｎフォトダイオード等の受光素
子、各種トランジスタ（バイポーラトランジスタ、ＦＥ
Ｔ）、レーザー、光変調素子等、様々な素子に適用でき
ることは言うまでもない。半導体素子を構成する材料と
して上記実施の形態では、本願発明が特に有効な、Ｉｎ
Ｐ基板に格子整合するＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）系を
用いたが、ＩｎＡｌ（Ｇａ）Ａｓ／ＩｎＧａＡｓ、Ｉｎ
ＡｌＡｓ／ＧａＡｓＳｂなどのＩｎＰに格子整合する他
の半導体材料の組み合わせや、格子不整含系材料などに
も適用することができる。
【００１４】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係る多段メ
サ構造の作製方法においては、エッチングマスクとの密
着性の悪い材料を用いる場合でも、サイドエッチング量
を制御でき、所望の断面形状の多段メサ構造を製作する
ことができるという効果がある。特に、下層ほどメサ面
積が大きくなる様な多段メサ構造により、素子の高速化
や信頼性向上が可能となり、制御性、再現性良くこれを
実現することができる。
サ構造の作製方法においては、エッチングマスクとの密
着性の悪い材料を用いる場合でも、サイドエッチング量
を制御でき、所望の断面形状の多段メサ構造を製作する
ことができるという効果がある。特に、下層ほどメサ面
積が大きくなる様な多段メサ構造により、素子の高速化
や信頼性向上が可能となり、制御性、再現性良くこれを
実現することができる。
【図１】本発明に係る多段メサ構造の作製方法の第１の
実施の形態を説明する断面図である。
実施の形態を説明する断面図である。
【図２】本発明に係る多段メサ構造の作製方法の第２の
実施の形態を説明する断面図である。
実施の形態を説明する断面図である。
【図３】従来の多段メサ構造の作製方法を説明する断面
図である。
図である。
【図４】吸収層オーバーハング部におけるキャリアの動
きを示す図である。
きを示す図である。
【図５】出力信号の裾引きを示す図である。
【図６】素子側面における電界を緩和するためのメサ断
面構造を示す図である。
面構造を示す図である。
【図７】第２のレジストパタン（エッチングマスクパタ
ン）の形状の例を示す平面図である。
ン）の形状の例を示す平面図である。
１１ 半導体基板 １２ 下部電極層 １３ キャリア走行層 １４ 光吸収層 １５ バリア層 １６ 上部電極層 １７ 第１のレジストパタン １８ 第２のレジストパタン １９ 下部電極 ２０ 上部電極 ２１ 第１のレジストパタン ２２ 第２のレジストパタン ２３ エッチストップ層 ２４ 第２のレジストパタン ２５ 環状開口部 ２６ 内側部
Claims (2)
- 【請求項１】少なくとも１つ以上の半導体層界面の上層
に対し下層のメサ面積が大きくなるような形状の多段メ
サ構造の製作方法において、少なくとも２層以上の異な
る半導体層が形成された半導体基板上に、島状の第１の
エッチングマスクを形成する工程と、前記第１のエッチ
ングマスクを用いて前記半導体層を２層以上エッチング
し、島状の第１のメサ構造を形成する工程と、環状の開
口部を有し、かつ前記開口部の内側部が少なくとも前記
第１のメサ構造外側部よりも内側に存在する第２のエッ
チングマスクを形成する工程と、前記第２のエッチング
マスクを用いて前記半導体層のうちの一部の上層を少な
くとも１層以上選択的にエッチングして島状の第２のメ
サ構造を形成する工程とを有することを特徴とする多段
メサ構造の製作方法。 - 【請求項２】前記２層以上の異なる半導体層が、ＩｎＰ
及びＩｎＧａＡｓもしくはＩｎＧａＡｓＰであり、かつ
前記第１及び第２のエッチングマスクがフォトレジスト
から成ることを特徴とする請求項１記載の多段メサ構造
の製作方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03098299A JP3415053B2 (ja) | 1999-02-09 | 1999-02-09 | 多段メサ構造の製作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03098299A JP3415053B2 (ja) | 1999-02-09 | 1999-02-09 | 多段メサ構造の製作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000228532A true JP2000228532A (ja) | 2000-08-15 |
| JP3415053B2 JP3415053B2 (ja) | 2003-06-09 |
Family
ID=12318853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03098299A Expired - Lifetime JP3415053B2 (ja) | 1999-02-09 | 1999-02-09 | 多段メサ構造の製作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3415053B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012124404A (ja) * | 2010-12-10 | 2012-06-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | フォトダイオードおよびその製造方法 |
-
1999
- 1999-02-09 JP JP03098299A patent/JP3415053B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012124404A (ja) * | 2010-12-10 | 2012-06-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | フォトダイオードおよびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3415053B2 (ja) | 2003-06-09 |
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