JP2002075958A - 構造基板および半導体装置並びにそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高さが均一な順テーパ型または凸型のリッジ
部を有する構造基板、および構造基板上に半導体層を積
層することにより安定的に生産することが可能な信頼性
の高い半導体装置、並びにこれらを再現性良く作製する
ことができる製造方法を提供する。 【解決手段】 ＧａＡｓ基板１０の上にＧａＩｎＰより
なるエッチングストップ層１１、ＧａＡｓよりなるリッ
ジ部形成層１２を形成し、ストライプ形状の絶縁膜を介
してエッチングする。リッジ部形成層１２は容易にエッ
チングされるが、その下のエッチングストップ層１１で
はエッチングレート比が大きいため、エッチングは実質
的に阻止され、基板１０まで進行することなくエッチン
グストップ層１１が表出した時点で終了する。その結
果、リッジ部形成層１２の厚み分だけエッチングが行わ
れ、リッジ部１４ａの高さ方向のばらつきが低減され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所謂順テーパ型ま
たは凸型のリッジ部を有する構造基板およびこれを用い
た半導体装置、並びにこれらの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、すなわち、
砒化ガリウム（ＧａＡｓ），砒化アルミニウム（ＡｌＡ
ｓ），砒化インジウム（ＩｎＡｓ），燐化インジウム
（ＩｎＰ），燐化ガリウム（ＧａＰ）やアンチモン化ガ
リウム（ＧａＳｂ）などを用いた半導体発光素子は、室
温での発振波長が赤色から赤外領域にまで及んでおり、
高密度光ディスクの光源，光通信装置あるいはレーザポ
インタなどのデバイスへの応用が期待されている。

【０００３】これらデバイスへの応用に際して、閾値電
流をより低下させることが望まれており、その方法の１
つとしてＳＤＨ（Separate Double Heterostructure ）
構造の半導体レーザが提案されている。例えばリッジ基
板のような段差のある構造基板の上に半導体層を成長さ
せると、ちょうど断層のように層がずれて、段上の活性
層の両側には電流ブロック層が位置するように形成され
る。このようにして、内部電流狭窄機構を有する屈折率
導波構造、すなわちＳＤＨ構造が得られる（特開昭６１
−１８３９８７，Electronics Letters Vol.32 No.7 (1
996) pp.664 ，IEEE J.Quantum Electron. Vol.28 (199
2) p4 など）。ＳＤＨ構造には、１度の結晶成長で形成
でき、選択成長を利用しているために構造基板の段差や
斜面部分においても良質な結晶を成長させることができ
るという利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】こうした構造基板とし
ては、例えば片面に順テーパ型などのリッジ部が設けら
れたリッジ基板がある。順テーパ型のリッジ部とは、底
面と側面との内角が鋭角で、断面形状が台形のものを指
す。このリッジ部は、これまで例えば硫酸系エッチャン
トを用いてエッチングを施すことにより形成されてい
た。ところが、硫酸系エッチャントにおいては、エッチ
ング速度が速いことや、高い精度の混合比でエッチャン
トを調製しなければならないことなどの理由からエッチ
ングの制御が難しく、結果的にリッジの幅および高さに
大きなばらつきが生じていた。

【０００５】１つのリッジ部の上面において高さに不均
等が生じると、その上面に自己整合的に成長する半導体
層の形状が歪み、活性層の両脇に形成されるはずの電流
ブロック層の位置がずれたりする。そのため、閾値電流
や発振波長などのレーザ特性が不安定となり、製品の歩
留りが低いという問題があった。また、バッチ処理によ
り量産する場合など、一度に形成される多数のリッジ部
相互間における高さのばらつきは個々のレーザ特性のば
らつきとなり、装置の品質安定性に影響するという問題
があった。

【０００６】例えば、高さが約４μｍのリッジ部を形成
する場合、リッジ上面における高さの誤差および基板毎
の高さの誤差は、共に±０．１μｍ以内であることが要
求される。しかしながら、これまでの製造方法による
と、これらの誤差を±３％（±０．１２μｍ）以内とす
ることは非常に困難であり、製造される基板、延いては
これを用いた半導体装置の歩留りを低下させていた。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、高さが均一な順テーパ型または凸型のリッジ部を
有する構造基板、および、この構造基板上に半導体層を
積層することにより安定的に生産することが可能な信頼
性の高い半導体装置、並びにこれらを再現性良く作製す
ることができる製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による構造基板
は、底面と側面との間の内角が鋭角である順テーパ型ま
たは内角が直角である凸型のリッジ部を成長基板の上に
備えた構造基板であって、リッジ部と成長基板との間に
エッチングストップ層が設けられているものである。

【０００９】本発明による半導体装置は、成長基板の上
に底面と側面との間の内角が鋭角である順テーパ型また
は内角が直角である凸型のリッジ部を備えた構造基板に
半導体層が積層されてなる半導体装置であって、リッジ
部がエッチングストップ層の上に設けられているもので
ある。

【００１０】本発明による構造基板の製造方法は、成長
基板の上に底面と側面との間の内角が鋭角である順テー
パ型または内角が直角である凸型のリッジ部を有する構
造基板を製造する方法であって、成長基板の上にエッチ
ングストップ層を形成する工程と、エッチングストップ
層の上にリッジ部形成層を形成する工程を含むものであ
る。

【００１１】本発明による半導体装置の製造方法は、成
長基板の上に底面と側面との間の内角が鋭角である順テ
ーパ型または内角が直角である凸型のリッジ部を備えた
構造基板上に半導体層を成長させて半導体装置を製造す
る方法であって、成長基板の上にエッチングストップ層
を形成する工程と、エッチングストップ層の上にリッジ
部形成層を形成する工程を含むものである。

【００１２】本発明による構造基板では、リッジ部と成
長基板との間にエッチングストップ層が設けられている
ので、エッチング深さにばらつきがなく、リッジ部の高
さが１つのリッジ部においても、個々のリッジ部間にお
いても均一に保たれる。

【００１３】本発明による半導体装置では、本発明の構
造基板を備えているので、ＳＤＨ構造における位置ずれ
が少なく、高い信頼性を有する。

【００１４】本発明による構造基板および半導体装置の
製造方法では、成長基板とリッジ部形成層との間にエッ
チングストップ層を形成するので、リッジ部形成層はエ
ッチングストップ層までしかエッチングされず、リッジ
部が一様な高さに再現性良く形成される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。

【００１６】［第１の実施の形態］図１は、本発明の第
１の実施の形態に係る構造基板を表したものである。こ
の基板は、例えば半導体レーザあるいは発光ダイオード
などの半導体発光素子に用いられ、順テーパ型のリッジ
部１４ａがエッチングストップ層１１を間にして基板１
０の上に形成された構造を有している。

【００１７】基板１０は、例えば、ｐ型，ｎ型または半
絶縁性である材料により構成され、ここではｐ型不純物
として亜鉛（Ｚｎ）を添加した砒化ガリウム（ＧａＡ
ｓ）が用いられている。また、undope−ＧａＡｓ、亜鉛
以外のｐ型不純物を添加したＧａＡｓ、ケイ素（Ｓｉ）
などのｎ型不純物を添加したＧａＡｓにより基板１０を
構成するようにしてもよい。この他、砒化アルミニウム
（ＡｌＡｓ），砒化インジウム（ＩｎＡｓ），燐化イン
ジウム（ＩｎＰ），燐化ガリウム（ＧａＰ）およびアン
チモン化ガリウム（ＧａＳｂ）のうちのいずれか１種、
またはこれらのうちの少なくとも１種とＧａＡｓとの混
晶を用いてもよく、ＧａＡｓ，ＡｌＡｓ，ＩｎＡｓ，Ｉ
ｎＰ，ＧａＰ，ＧａＳｂのうちの少なくとも１種を含む
混晶により構成されるようにしてもよい。これらもまた
ＧａＡｓと同様に、不純物の添加の有無に関わらず用い
ることができる。なお、リッジ部１４ａもまた基板１０
と同様の材料により構成することができる。

【００１８】エッチングストップ層１１は、基板１０の
すぐ上に形成され、更にその上にリッジ部１４ａを形成
する際のエッチングがこの層より深く進行することを防
ぐものである。このため、エッチングストップ層１１
は、後述するリッジ部１４ａの形成のためのエッチング
に使用されるエッチャントにおいて、リッジ部１４ａの
構成材料（ここではＧａＡｓ）に対するエッチングレー
ト比が例えば３〜１００の範囲内となるようなＩＩＩ−
Ｖ族化合物膜であることが望ましい。更に、エッチング
ストップ層１１としては、基板１０およびリッジ部１４
ａと格子整合がよい材料が選定され、特に残留歪みの値
がリッジ部１４ａとの間にミスフィット転位を生じない
範囲となるように組成や厚みが設定されることが望まし
い。

【００１９】従って、本実施の形態のように、基板１０
およびリッジ部１４ａがＧａＡｓ系材料である場合に
は、エッチングストップ層１１を、ＧａＩｎＰ混晶また
はＩｎＰとＧａＰとの超格子により構成するとよい。こ
こでは、Ｉｎの組成比が０．５であるＧａＩｎＰ混晶を
用いる。ちなみに、ＧａＡｓに対して格子整合するＧａ
_1-x Ｉｎ_x Ｐ混晶の組成比ｘは０．４９〜０．５１の範
囲内である。このエッチングストップ層１１は、リッジ
部１４ａとの間にミスフィット転位が生じず、かつ、リ
ッジ部１４ａの形成のためのエッチングの際にその機能
を発揮する限りにおいて、Ｉｎの組成比や膜厚を自由に
設定することができる。但し、この場合には、厚みは１
μｍ以下に薄くすることが好ましく、更には単分子層程
度であることが望ましい。

【００２０】リッジ部１４ａは、例えば基板１０と同様
の材料を用いることができ、ここではｐ型不純物として
Ｚｎを添加したＧａＡｓにより構成されている。その形
状は例えばストライプ形状であり、その断面が台形であ
る順テーパ型をしている。リッジ部１４ａの側面は、例
えば｛１１１｝Ｂ結晶面で構成され、このとき底面と側
面との間の内角θが５４．７°となっている。この側面
はまた、｛１１１｝Ｂ結晶面から｛０−１１｝結晶面ま
での範囲内の領域に存在するように形成することがで
き、このときの側面の傾斜は結晶面の面方位に対応して
底面と側面との間の内角θが５４．７°以上９０°以下
の範囲内となる。ここで｛０−１１｝結晶面というの
は、本来外３に示したように数字の上にバーを付けて表
すものであるが、便宜上数字の前に“−”を付けて表し
たものであり、以下、このように表記する。

【外３】

【００２１】リッジ部１４ａの上面は基板１０の上面に
対して平行な凹凸のない面であり、例えば、上面におけ
るストライプ幅（リッジ幅）が４．０μｍ、高さが３．
５μｍ〜４．０μｍとなっている。リッジ部１４ａの形
成に際しては、その高さが例えば２．０μｍ以上となる
ように調節することが好ましい。この構造基板を用いて
例えばＳＤＨ構造の半導体レーザを作製するには、リッ
ジ部１４ａの高さが２．０μｍ以上必要なためである。
また、リッジ部１４ａ上面の幅については例えば１０μ
ｍ以下となるように調節することが好ましい。リッジ部
１４ａの幅が１０μｍ以下であれば、その上に積層する
活性層の幅を３．０μｍ程度とすることができ、レーザ
の低閾値化を達成することができるからである。

【００２２】このような構造基板は、以下のようにして
製造することができる。

【００２３】まず、図２（Ａ）に示したように、例えば
ｐ型不純物としてＺｎを添加したＧａＡｓよりなり、
（１００）結晶面を主面とする厚さが例えば３５０μｍ
の基板１０を用意する。この基板１０の主面上に、例え
ばＩｎの組成比が０．５であるＧａＩｎＰをＭＯＣＶＤ
（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金
属化学気相成長）法により１５ｎｍの厚さにエピタキシ
ャル成長させ、エッチングストップ層１１を形成する。
このエッチングストップ層１１の上に、更に、ｐ型Ｇａ
Ａｓよりなるリッジ部形成層１２をリッジ部１４ａの高
さに応じた厚みで（例えば３．５μｍ〜４．０μｍ）形
成する。

【００２４】次に、図２（Ｂ）に示したように、リッジ
部１４ａの形成領域に対応してマスクパターン１３を形
成する。マスクパターン１３の形成は、具体的には、例
えば以下のようにして行う。

【００２５】まず、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor D
eposition ；化学気相成長）法あるいはelectronic gun
蒸着法などの蒸着法によって、リッジ部形成層１２の上
面に厚さ１５０ｎｍの酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）膜と厚さ
１０ｎｍの窒化ケイ素（ＳｉＮ_x ）膜とを積層した多層
の絶縁膜を形成し、この絶縁膜上にスピンコート法によ
り厚さ１μｍの図示しないレジスト膜を塗布形成する。
次いで、フォトリソグラフィにより、図示しないレジス
ト膜を例えば基板１０の＜１１０＞方向に延長された多
数のストライプ形状に加工し、このレジスト膜をマスク
として、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching；反応
性イオンエッチング）またはフッ化水素（ＨＦ）等の可
溶性溶液によるエッチングを行い、絶縁膜を選択的に除
去する。そののち、図示しないレジスト膜を除去する。
これにより、マスクパターン１３が形成される。

【００２６】なお、マスクパターン１３の幅（延長方向
に垂直な方向の長さ）は、後述するエッチング工程にお
けるサイドエッチによってリッジ部１４ａの幅がマスク
パターン１３の幅以下となることを考慮して、リッジ部
１４ａの幅に応じて決定された所定の値（例えば、リッ
ジ部１４ａ上面の幅が４μｍの場合は１０μｍ）とす
る。また、ストライプの間隔は、例えば１００μｍとす
る。

【００２７】このマスクパターン１３は、以後のエッチ
ングに耐えうるものであればよく、例えば、ＳｉＯ₂ あ
るいはＳｉＮ_x の単層膜により形成してもよい。なお、
マスクパターン１３をレジスト膜などの有機材料膜によ
り構成することも考えられるが、その場合、リッジ部形
成層１２とマスクパターン１３との密着性が低いために
リッジ部形成層１２をエッチングする際にマスクパター
ン１３との界面からサイドエッチが進みやすい。よっ
て、マスクパターン１３のうち、少なくともリッジ部形
成層１２と接する部分は絶縁膜により構成することが好
ましく、蒸着法等のリッジ部形成層１２との密着性を高
くすることができる方法により形成するようにすればよ
り好ましい。なお、ここではパターニングの際に形成し
たレジスト膜を除去するようにしたが、このままエッチ
ングしてもよい。このようにすれば、後述するようにマ
スクパターン１３は適度な厚みを持たせることによりリ
ッジ部形成層１２との間の応力緩和を抑えるようになっ
て都合がよい。また、レジスト膜除去の工程を省略でき
る。

【００２８】次に、図２（Ｃ）に示したように、リッジ
部形成層１２に対して所望のリッジ形状付近まで、リッ
ジ部形成層１２の構成元素に対して選択性を持たない第
１のエッチャントを用いた第１のウエットエッチングを
施す。この第１のウエットエッチングは、等方性エッチ
ングであり、少なくとも｛１１１｝Ｂ結晶面（以下、
｛１１１｝Ｂ面という。）を含む結晶の面方位に対して
依存性を持たないように行われ、リッジ部の側面が安定
な｛１１１｝Ｂ面となるまでエッチングされる前に終了
する。

【００２９】第１のエッチャントとしては、例えば、硫
酸（Ｈ₂ ＳＯ₄ ）と過酸化水素水（Ｈ₂ Ｏ₂ ）と水（Ｈ
₂ Ｏ）とを硫酸：過酸化水素水：水＝３０：１０：５０
０の体積比で混合した混合液を用いる。なお、この硫酸
系のエッチャントは、温度によってリッジ部側面の形状
に影響を与えるが、室温程度、例えば２０℃において用
いれば、問題のないリッジ形状を得ることができる。

【００３０】ここでは、リッジ部形成層１２のマスクパ
ターン１３に覆われていない部分からエッチングが進行
し、＜１１０＞方向に対して垂直な方向にサイドエッチ
も進行する。但し、上述したようにマスクパターン１３
を絶縁膜により形成し、リッジ部形成層１２との密着性
を高めているので、これらの界面ではサイドエッチの進
行が防止される。従って、全体としては、鼓型のリッジ
部１４ｂが形成される。

【００３１】次に、図２（Ｄ）に示したように、リッジ
部形成層１２の構成元素のうち陽イオンとなり得る元素
（例えば、ＧａＡｓの場合にはＧａ）を選択的にエッチ
ング可能な第２のエッチャントを用いて第２のウエット
エッチングを施す。これによりより、非結晶成長面であ
る｛１１１｝Ｂ面が出現し、側面にこの｛１１１｝Ｂ面
を有するリッジ部１４ａが形成される。この第２のウエ
ットエッチングは、リッジ部形成層１２において、少な
くとも｛１１１｝Ｂ面を含んだ面方位に対して選択的に
行われる選択性エッチングである。なお、ここで非結晶
成長面とは、結晶成長速度が極めて遅く、実質的に結晶
が成長しない面のことを指す。

【００３２】第２のエッチャントとしては、例えば、ク
エン酸と水とを１：１の体積比で混合したクエン酸水溶
液と、過酸化水素水とを、クエン酸水溶液：過酸化水素
水＝４５０：１５０の体積比で混合した混合液を用い
る。このクエン酸系のエッチャントを用いると、リッジ
部１４ａの側面に｛１１１｝Ｂ面が現れた時点でエッチ
ングが自動的に停止し、それ以上サイドエッチが進行し
ない。

【００３３】このように基板１０の面に垂直な方向にお
けるエッチングは、リッジ部形成層１２においては第１
のウエットエッチングに引き続いて容易に進行するが、
その下のエッチングストップ層１１においてはエッチン
グレート比が大きいため、ほとんど進行しない。その理
由は、ＧａＡｓに比べてＧａＩｎＰ混晶中のＧａＰの結
合エネルギーが大きいためと考えられる。従って、第２
のウエットエッチングは、エッチングストップ層１１に
おいて実質的に阻止されて、深さ方向には基板１０まで
進行することはなくエッチングストップ層１１が表出し
た時点で終了する。その結果、リッジ部形成層１２の厚
み分だけエッチングが行われることとなる。これによ
り、側面が｛１１１｝Ｂ面で構成され、上面の幅が４μ
ｍ、高さが３．５〜４．０μｍである＜１１０＞方向に
延長された順テーパ型のリッジ部１４ａが精度よく形成
される。なお、ここでは具体的に示さないが、このよう
な方法でリッジ部１４ａ形成すれば、その高さのばらつ
きを１つのリッジ部１４ａ内においても個々の試料間に
おいても０．０２μｍ以下とすることが可能である。

【００３４】なお、クエン酸系のエッチャントは、温度
が高いとエッチングする元素の選択性が低下する性質を
有しているので、リッジ部１０ａの側面を｛１１１｝Ｂ
面をとするためには、エッチャントの温度を０℃以上７
℃以下、更には５℃以下の範囲に設定することが好まし
い。また、第２のウェットエッチングには、クエン酸系
のエッチャントの他、リッジ部形成層１２の構成元素の
うち陽イオンとなり得る元素と錯体を形成するものを用
いることもできる。このようなエッチャントとしては、
例えば、カルボン酸である酒石酸，酢酸，シュウ酸，ギ
酸，コハク酸あるいはリンゴ酸などが挙げられる。

【００３５】第２のウエットエッチングの後、ＲＩＥな
どのドライエッチング、または可溶性薬品等の溶液を用
いたウエットエッチングを行って、マスクパターン１３
を除去する。これにより、図１に示したような所望のリ
ッジ形状の構造基板を得ることができる。

【００３６】ところで、図３（Ａ）に示したように、絶
縁膜のマスクパターンを用いて第１のウエットエッチン
グのみを行った場合には、リッジ部の形状を鼓型としな
がら深さ方向にエッチングが進むため、良好な順テーパ
型のリッジ部を形成することができない。また、絶縁膜
のマスクパターンを用いて第２のウエットエッチングの
みを行った場合には、エッチング開始から深さ１．５μ
ｍ程度までは｛１１１｝Ｂ面をリッジの側面として順調
にエッチングが進む。しかし、それ以上エッチングを進
行させると、図３（Ｂ）に示したように、それまでは平
坦にエッチングされていたリッジ部以外の領域において
も｛１１１｝Ｂ面が出現し、平坦な基底面が得られな
い。ちなみに、上述したように、ＳＤＨ型レーザの作製
においては、リッジ部１４ａの高さは２．０μｍ以上が
最低条件である。また、１．８μｍ以下では、実質上こ
のような発光素子の作製は不可能となる。従って、目的
とする順テーパ型のリッジ部１４ａを有する構造基板を
得るためには、本実施の形態のように２種類の異なるウ
エットエッチングを組み合わせて行うことが有効である
ことが分かる。

【００３７】更に、上述のように２種類の異なるウエッ
トエッチングを施すときに、マスクパターン１３の厚み
は２５０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲内で選ばれることが
望ましい。マスクパターン１３の厚さが薄すぎると、第
２のウエットエッチングの際にマスクパターン１３と基
板１０の上面との間の接触面積が減少するに従って接触
面に作用する応力が緩和され、マスクパターン１３にう
ねりが生じてしまう。その結果、形成されるリッジ部１
４ａの側面に凹凸が生じる。逆に、マスクパターン１３
の厚さが厚すぎると、マスクパターン１３に亀裂が生
じ、リッジ部１４ａの形状がばらついてしまう。また、
マスクパターン１３の厚さが１μｍ以下であれば、マス
クパターン１３のエッチングにそれほど長時間を必要と
せず、構造基板を量産する場合にも製造コスト等に影響
を及ぼすことはない。

【００３８】本実施の形態によれば、エッチングストッ
プ層１１の上のリッジ部形成層１２のみがエッチングさ
れてリッジ部１４ａが形成されるので、リッジ部１４ａ
の高さはエッチング深さとしてエッチングストップ層１
１の位置により一様に規定される。つまり、リッジ部形
成層１２の厚みを所望の値に制御することによって、リ
ッジ部１４ａの高さを一意的に決めることができる。よ
って、再現性よく簡便な方法により、リッジ部１４ａを
１つのリッジ部１４ａ内においても個々の試料間におい
ても高さにばらつきが少ないものとすることができる。

【００３９】また、２種類の異なるウエットエッチン
グ、すなわち第１のウエットエッチングと第２のウエッ
トエッチングとを順次行うようにしたので、リッジ部１
４ａの両側面を安定的に｛１１１｝Ｂ面とすることがで
き、順テーパ型のリッジ部１４ａを対称性の高い形状
で、寸法設計性よく形成することができる。

【００４０】［第２の実施の形態］図４は本発明の第２
の実施の形態に係る構造基板を表したものである。な
お、ここでは第１の実施の形態と同一の構成要素につい
ては同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００４１】本実施の形態では、基板１０、エッチング
ストップ層１１およびリッジ部形成層１２（のちのリッ
ジ部２４ａ）は、第１の実施の形態と同様の材料により
構成されている。但し、本実施の形態においては、エッ
チングストップ層１１は後述するリッジ部２４ａの形成
のためのドライエッチングにおいてリッジ部２４ａの構
成材料（ここではＧａＡｓ）に対するエッチングレート
比が例えば３〜１００の範囲内、少なくとも２以上とな
るようなＩＩＩ−Ｖ族化合物膜であるように選ばれる。

【００４２】また、リッジ部２４ａは、例えばストライ
プ形状であり、その断面が方形の凸型である。すなわ
ち、リッジ部２４ａの側面は｛０−１１｝結晶面で構成
され、底面と側面との内角θが９０°となっている。

【００４３】また、リッジ部２４ａの上面は基板１０の
上面に対して平行な平坦面であり、上面におけるストラ
イプ幅（リッジ幅）は例えば４．０μｍ、このときのリ
ッジ部１４ａの高さは例えば３．５μｍ〜４．０μｍで
ある。

【００４４】このような構造基板は、以下のようにして
製造することができる。すなわち、リッジ部２４ａが、
リッジ部形成層１２をＲＩＥを用いてエッチングされて
形成される。

【００４５】まず、図５（Ａ）に示したように、第１の
実施の形態と同様にして基板１０の上にエッチングスト
ップ層１１およびリッジ部形成層１２を順に形成する。

【００４６】次に、図５（Ｂ）に示したように、レジス
ト膜よりなるマスクパターン２３をリッジ部２４ａの形
成領域に応じて形成する。マスクパターン２３は、ＲＩ
Ｅにおいてリッジ部形成層１２（ＧａＡｓ）との間に有
意な選択比がある薄膜であれば例えば蒸着膜でもＣＶＤ
膜でもよく、その種類を問わない。具体的には、例え
ば、レジスト膜を塗布形成した後、フォトリソグラフィ
により例えば基板１０の＜１１０＞方向に延長された多
数のストライプ形状に加工する。なお、マスクパターン
１３の幅（延長方向に垂直な方向の長さ）は、後述する
エッチング工程においてはサイドエッチがほとんど進行
しないので、リッジ部２４ａの幅（ここでは４μｍ）と
同じ値とする。ストライプの間隔は、例えば１００μｍ
とする。

【００４７】次に、図５（Ｃ）に示したように、マスク
パターン２３を介して、リッジ部形成層１２をＲＩＥに
よりエッチングする。例えば、反応性ガスとしてＳｉＣ
ｌ₄が用いられ、その流量は１０ｓｃｃｍとすることが
できる。その他のエッチング条件は、例えば、背圧を
０．２５Ｐａ、バイアスを３０Ｗとして出力を５００Ｗ
とすることができる。なお、ＧａＡｓよりなるリッジ部
形成層１２のエッチングレートは、例えば、およそ１μ
ｍ／分とすることができる。

【００４８】ＲＩＥによれば、エッチングは垂直に進行
する。その後、エッチングストップ層１１が表出する
と、エッチングレート比が大きいために実質的にエッチ
ングは終了する。これは、ＲＩＥの際に、ＧａＩｎＰ混
晶中のＩｎが反応性ガス中のＣｌイオンと反応して生成
するＩｎＣｌ₂ は沸点が高く、揮発しないためと考えら
れる。その結果、リッジ部形成層１２の厚み分だけエッ
チングが行われることとなる。このようにして、側面と
底面の内角が９０°であり、上面の幅が４μｍ、高さが
３．５〜４．０μｍで均一である＜１１０＞方向に延長
されたリッジ部２４ａが精度よく形成される。このよう
な方法で形成されたリッジ部１４ａの高さのばらつき
は、１つのリッジ部１４ａ内においても、個々の試料間
においても、０．０２μｍ以下に低減する。

【００４９】ＲＩＥを行ったのち、例えば、可溶性薬品
等の溶液を用いたウエットエッチングによりマスクパタ
ーン２３を除去する。このようにして、図４に示したよ
うな構造基板を得ることができる。

【００５０】本実施の形態においても第１の実施の形態
と同様な効果を得ることができる。すなわち、エッチン
グストップ層１１の上のリッジ部形成層１２のみがエッ
チングされてリッジ部２４ａが形成されるので、リッジ
部１４ａの高さはエッチング深さとしてエッチングスト
ップ層１１の位置により一様に規定される。よって、再
現性よく簡便な方法により、リッジ部２４ａを１つのリ
ッジ部２４ａ内においても個々の試料間においても高さ
にばらつきが少ないものとすることができる。

【００５１】また、ＲＩＥによりリッジ部形成層１２を
エッチングしてリッジ部２４ａを形成するようにしたの
で、リッジ部２４ａの両側面を安定的に底面に垂直とす
ることができ、対称性の高い形状で、寸法設計性よく形
成することができる。

【００５２】［第３の実施の形態］本実施の形態は、第
１の実施の形態に係る構造基板の製造方法を用いた半導
体装置の製造方法およびそれにより得られる半導体装置
に関するものである。ここでは、ＳＤＨ構造の半導体レ
ーザを例に挙げて説明する。ＳＤＨ構造とは、リッジ部
を有する基板などの構造基板を利用して形成された不連
続な半導体層により、内部に電流狭窄機構が設けられた
屈折率導波型の構造を指す。なお、本実施の形態に係る
半導体装置は、本実施の形態の製造方法によって具現化
されるので、以下併せて説明する。また、以下の説明で
は、第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付
し、その説明を省略する。

【００５３】図６ないし図８は、本実施の形態に係る半
導体レーザの製造方法を工程毎に表したものである。ま
ず、第１の実施の形態と同様にして構造基板を作製す
る。

【００５４】次いで、図６に示したように、例えば、ｐ
型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＧａＡｓよりなる
厚さ０．６μｍのバッファ層３１，ｐ型不純物として亜
鉛が添加されたｐ型Ａｌ_s Ｇａ_1-s Ａｓ（但し、０＜ｓ
＜１）混晶よりなる厚さ５００ｎｍの第１導電型クラッ
ド層３２、ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型Ａｌ
_t Ｇａ_1-t Ａｓ（但し、ｔ＜ｓ）混晶よりなる厚さ３５
ｎｍの光ガイド層３３、およびＡｌ_u Ｇａ_1-u Ａｓ（但
し、ｕ＜ｔ）混晶よりなる厚さ７ｎｍの活性層３４をこ
の構造基板の上に順に成長させる。続いて、例えば、ｎ
型不純物としてケイ素が添加されたｎ型Ａｌ_t Ｇａ_1-t
Ａｓ混晶よりなる厚さ３５ｎｍの光ガイド層３５、およ
びｎ型不純物としてケイ素が添加されたｎ型Ａｌ_s Ｇａ
_1-s Ａｓ混晶よりなる第２導電型クラッド層３６（図８
参照）の下層部３６ａを順次成長させる。この下層部３
６ａは、その２つの側面が交わるまで成長させる。この
下層部３６ａの厚さは、例えば５００ｎｍである。な
お、これらの各層は、例えば、連続ＭＯＣＶＤ、すなわ
ち各層毎に供給する原料ガスの切り替えを行って成長さ
せる。

【００５５】ここで、リッジ部１４ａの側面は非結晶成
長面である｛１１１｝Ｂ面となっているために、バッフ
ァ層３１から下層部３６ａまでの各層は、側面において
殆ど成長しない。よって、これらの各層はリッジ部１４
ａの上面とその両側にリッジ部１４ａにより分断されて
形成される。また、リッジ部１４ａの上面に形成される
バッファ層３１から下層部３６ａまでの各層は、その端
部にリッジ部１４ａの側面と同じ｛１１１｝Ｂ面が生
じ、あたかもリッジ部１４ａの側面が延長されるかのよ
うに成長する。

【００５６】次に、図７に示したように、例えばｐ型不
純物として亜鉛が添加されたｐ型Ａｌ_s Ｇａ_1-s Ａｓ混
晶よりなる電流ブロック層３７を、リッジ部１４ａの上
面に設けられた活性層３４の側面を覆うように厚さを調
節して成長させる。ここでは、リッジ部１４ａは高さが
均一かつ側面がほぼ平坦であるので、その上面に成長さ
せた各層の形状もそれに倣っている。従って、電流ブロ
ック層３７は高い位置精度で活性層３４の側面を覆うよ
うに形成される。これにより、活性層３４の両端は閉じ
られ、電流狭窄および横方向の光閉じ込めが行われる。
このようにしてＳＤＨ構造が形成される。

【００５７】次に、図８に示したように、電流ブロック
層３７および下層部３６ａの上に、例えば、ｎ型不純物
としてケイ素が添加されたｎ型Ａｌ_s Ｇａ_1-s Ａｓ混晶
よりなる厚さ５００ｎｍの第２導電型クラッド層３６の
上層部３６ｂを成長させる。その際、上層部３６ｂは、
成長が下層部３６ａを覆い尽くす厚さまで進行すると、
基板１０の全面に成長するようになる。次いで、上層部
３６ｂの上に、例えば、ｎ型不純物としてケイ素が高濃
度に添加されたｎ型ＧａＡｓよりなる厚さ６０００ｎｍ
のキャップ層３８を成長させる。

【００５８】そののち、キャップ層３８の上に、例え
ば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッ
ケル（Ｎｉ）および金を順次蒸着してｎ側電極３９を形
成する。また、基板１０の裏面側に、例えば、ニッケ
ル，白金（Ｐｔ）および金を順次蒸着してｐ側電極４０
を形成する。これにより、ＳＤＨ構造を持つ半導体レー
ザが完成する。

【００５９】次に、この半導体レーザの作用について説
明する。

【００６０】この半導体レーザでは、ｎ側電極３９とｐ
側電極４０との間に所定の電圧が印加されると、リッジ
部１４ａの上面に形成された活性層３４に電流が注入さ
れ、電子−正孔再結合により発光が起こる。ここでは、
エッチングストップ層１１を介して基板１０の上にリッ
ジ部１４ａが形成されており、リッジ部１４ａの高さは
一様となっている。従って、この構造基板の上に成長し
た各半導体層の形成位置には部分的なばらつきが少な
く、リッジ部１４ａの上面に形成された活性層３４の両
側面は電流ブロック層３７に精度よく覆われている。よ
って、光ガイド層３３から光ガイド層３５へ、あるいは
その逆に無効電流が流れることが防止され、閾値電流，
動作電圧および発振波長などがより安定する。

【００６１】このように本実施の形態では、順テーパ型
のリッジ部１４ａを寸法設計性よく均一な高さに形成し
た構造基板の上にＳＤＨ構造を構築するようにしたの
で、各半導体層の形成位置のばらつきを少なくすること
ができ、確実に活性層３４の両側面全体を覆うように電
流ブロック層３７を精度よく形成することができる。よ
って、特性の安定した、信頼性の高い半導体レーザを得
ることができる。また、半導体レーザの歩留りを向上さ
せることができる。その結果、この半導体レーザを光集
積回路，光通信あるいは光記録媒体の光源などのデバイ
スに応用する場合に、応用の自由度が高くなると共に、
デバイスの高速化，軽量化，小面積化および低消費電力
化を実現することができる。また、コンシューマあるい
はポータブル機器への応用も容易に行うことが可能とな
る。

【００６２】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形可能である。例えば、上記第１の実施の形
態では、側面を｛１１１｝Ｂ面により形成した順テーパ
型のリッジ部１４ａを有する基板の製造方法について説
明し、上記第２の実施の形態では側面を｛０−１１｝面
により形成したリッジ部２４ａを有する基板の製造方法
について説明したが、本発明は基板の用途に依らず、同
様の形状の構造基板に対して広く適用できる。

【００６３】また、ウエットエッチングはエッチャント
の種類により結晶方位依存性を持つことが多い。その中
でも特定の結晶面に対しては方位依存性を持たないエッ
チャントを選んで第１のウエットエッチングを行い、そ
の特定の結晶面に対して逆に選択性を示すエッチャント
を選択して第２のウエットエッチングを施すものであれ
ばよく、本実施の形態におけるエッチャントに限定する
ものではない。

【００６４】上記第１および第２の実施の形態では、Ｍ
ＯＣＶＤ法により基板１０の上にエッチングストップ層
１１，リッジ部形成層１２を形成し、第３の実施の形態
では、更に、構造基板の上にＭＯＣＶＤ法により各半導
体層を成長させるようにしたが、これらの層をＬＰＥ
（Liquid Phase Epitaxy；液相エピタキシー）法, ＭＢ
Ｅ（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタキシー）法
あるいはＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epit
axy ；有機金属気相エピタキシー）などの他の気相成長
法により成長させるようにしてもよい。

【００６５】また、上記第３の実施の形態では、半導体
レーザの具体的構成を挙げて説明したが、本発明は順テ
ーパ型のリッジ部１４ａを有する基板の上に複数の結晶
層を成長させた他の構成を有する半導体レーザ、更に
は、他の半導体装置についても適用することができる。
例えば、電界効果トランジスタを製造する際、リセスを
形成する場合に適用することができる。

【００６６】加えて、上記第３の実施の形態では、第１
の実施の形態における順テーパ型のリッジ部１４ａを有
する基板を用いた半導体レーザについて説明したが、第
２の実施の形態におけるリッジ部２４ａを有する基板を
用いる場合にも同様の手法により半導体レーザを作製す
ることができる。勿論、そのような構成の半導体レーザ
もまた、第３の実施の形態と同様に光集積回路等の各種
デバイスに応用することが可能である。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし請求
項９のいずれか１項に記載の構造基板によれば、リッジ
部と成長基板との間にエッチングストップ層が設けられ
ているようにしたので、リッジ部の高さはエッチングス
トップ層により一様に規定される。よって、１つのリッ
ジ部内においても個々の試料間においても、リッジ部の
高さが均一でばらつきのないようにすることができる。

【００６８】また、請求項１０ないし請求項１８のいず
れか１項に記載の半導体装置によれば、本発明の構造基
板の製造方法により得られる構造基板の上に形成されて
いるので、素子毎の形状不均一性に起因する閾値電流や
発振波長のばらつきが防止され、高速、軽量、小面積、
低消費電力とすることが可能であるばかりか、再現性よ
く、生産性の高いものとすることができる。

【００６９】また、請求項１９ないし請求項２２のいず
れか１項に記載の構造基板の製造方法によれば、成長基
板の上にエッチングストップ層を形成する工程とエッチ
ングストップ層の上にリッジ部形成層を形成する工程を
含むようにしたので、リッジ部がエッチングストップ層
の上のリッジ部形成層のみをエッチングすることにより
形成され、エッチング深さはリッジ部形成層の厚みによ
り一意的に決まることとなる。よって、リッジ部を、１
つのリッジ部内においても個々の試料間においてもばら
つきがない均一な高さに、再現性よく簡便に形成するこ
とができる。また、これにより、リッジ部における形状
のばらつきを抑制することができ、基板の製造歩留りを
向上させることができる。

【００７０】特に、請求項２０または請求項２１のいず
れかに記載の構造基板の製造方法によれば、リッジ部形
成層に対して所望のリッジ形状付近までエッチングする
第１のウエットエッチングを施す工程と、リッジ部の側
面に非結晶成長面を出現させる第２のウエットエッチン
グとを行う工程を含むようにしたので、基板に対して異
なる２種類のウエットエッチングを施すようにしたの
で、順テーパ型のリッジ部を対称性の高い形状で、寸法
設計性よく形成することができる。

【００７１】また、請求項２２に記載の構造基板の製造
方法によれば、リッジ部形成層に対しＲＩＥを行ってリ
ッジ部を形成するようにしたので、リッジ部を寸法設計
性よく形成することができる。

【００７２】更に、請求項２３に記載の半導体装置の製
造方法によれば、本発明の構造基板の製造方法を用いる
ようにしたので、構造基板上に形成する半導体層の形成
位置のばらつきを少なくすることができ、安定した特性
を有する信頼性の高い半導体装置を得ることができ、生
産性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る構造基板を表
す断面図である。

【図２】図１に示した構造基板の各工程を表す断面図で
ある。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る基板の製造方
法の特徴部分を説明するための断面図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る構造基板を表
す断面図である。

【図５】図４に示した構造基板の各工程を表す断面図で
ある。

【図６】本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザ
の製造方法を表す断面図である。

【図７】図６に続く工程を表す断面図である。

【図８】図７に続く工程を表す断面図である。

【符号の説明】

１０…基板、１１…エッチングストップ層、１２…リッ
ジ部形成層、１３，２３…マスクパターン、１４ａ，１
４ｂ，２４ａ…リッジ部、３１…バッファ層、３２…第
１導電型クラッド層、３３，３５…光ガイド層、３４…
活性層、３６…第２導電型クラッド層、３７…電流ブロ
ック層、３８…キャップ層、３９…ｎ側電極、４０…ｐ
側電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA41 AA43 CA04 CA05 CA34 CA35 CA37 CA65 CA74 5F043 AA14 BB07 DD24 FF04 GG06 5F073 AA12 AA45 AA53 BA01 BA07 CA05 CB02 DA05 DA22 DA25 EA15 EA23

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 底面と側面との間の内角が鋭角である順
   テーパ型または内角が直角である凸型のリッジ部を成長
   基板の上に備えた構造基板であって、 前記リッジ部と前記成長基板との間にエッチングストッ
   プ層を有することを特徴とする構造基板。
2. 【請求項２】 前記エッチングストップ層がＧａＩｎＰ
   混晶またはＩｎＰとＧａＰとの超格子により構成されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の構造基板。
3. 【請求項３】 前記エッチングストップ層の残留歪みの
   値が前記リッジ部との間にミスフィット転位を生じない
   範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の構造基
   板。
4. 【請求項４】 前記リッジ部は、底面と側面との間の内
   角が５４．７°以上９０°以下の範囲内の値であること
   を特徴とする請求項１に記載の構造基板。
5. 【請求項５】 前記リッジ部は、側面が｛１１１｝Ｂ結
   晶面から外１に示した結晶面までの範囲内の領域に存在
   することを特徴とする請求項１に記載の構造基板。 【外１】
6. 【請求項６】 前記成長基板がｐ型，ｎ型または半絶縁
   性のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の
   構造基板。
7. 【請求項７】 前記成長基板が砒化ガリウム（ＧａＡ
   ｓ）により構成されていることを特徴とする請求項６に
   記載の構造基板。
8. 【請求項８】 前記成長基板が砒化アルミニウム（Ａｌ
   Ａｓ），砒化インジウム（ＩｎＡｓ），燐化インジウム
   （ＩｎＰ），燐化ガリウム（ＧａＰ）およびアンチモン
   化ガリウム（ＧａＳｂ）のうちのいずれか１種、または
   これらのうちの少なくとも１種と砒化ガリウム（ＧａＡ
   ｓ）との混晶により構成されていることを特徴とする請
   求項６に記載の構造基板。
9. 【請求項９】 前記成長基板が砒化ガリウム（ＧａＡ
   ｓ），砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ），砒化インジウム
   （ＩｎＡｓ），燐化インジウム（ＩｎＰ），燐化ガリウ
   ム（ＧａＰ）およびアンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）
   のうちの少なくとも１種を含む混晶により構成されてい
   ることを特徴とする請求項６に記載の構造基板。
10. 【請求項１０】 成長基板の上に底面と側面との間の内
    角が鋭角である順テーパ型または内角が直角である凸型
    のリッジ部を備えた構造基板に半導体層が積層されてな
    る半導体装置であって、 前記リッジ部がエッチングストップ層の上に設けられて
    いることを特徴とする半導体装置。
11. 【請求項１１】 前記エッチングストップ層がＧａＩｎ
    Ｐ混晶またはＩｎＰとＧａＰとの超格子により構成され
    ていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装
    置。
12. 【請求項１２】 前記エッチングストップ層の残留歪み
    の値が前記リッジ部との間にミスフィット転位を生じな
    い範囲内にあることを特徴とする請求項１０に記載の半
    導体装置。
13. 【請求項１３】 前記リッジ部は、底面と側面との間の
    内角が５４．７°以上９０°以下の範囲内の値であるこ
    とを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
14. 【請求項１４】 前記リッジ部は、側面が｛１１１｝Ｂ
    結晶面から外２に示した結晶面までの範囲内の領域に存
    在することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装
    置。 【外２】
15. 【請求項１５】 前記成長基板がｐ型，ｎ型または半絶
    縁性のいずれかであることを特徴とする請求項１０に記
    載の半導体装置。
16. 【請求項１６】 前記成長基板が砒化ガリウム（ＧａＡ
    ｓ）により構成されていることを特徴とする請求項１５
    に記載の半導体装置。
17. 【請求項１７】 前記成長基板が砒化アルミニウム（Ａ
    ｌＡｓ），砒化インジウム（ＩｎＡｓ），燐化インジウ
    ム（ＩｎＰ），燐化ガリウム（ＧａＰ）およびアンチモ
    ン化ガリウム（ＧａＳｂ）のうちのいずれか１種、また
    はこれらのうちの少なくとも１種と砒化ガリウム（Ｇａ
    Ａｓ）との混晶により構成されていることを特徴とする
    請求項１５に記載の半導体装置。
18. 【請求項１８】 前記成長基板が砒化ガリウム（ＧａＡ
    ｓ），砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ），砒化インジウム
    （ＩｎＡｓ），燐化インジウム（ＩｎＰ），燐化ガリウ
    ム（ＧａＰ）およびアンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）
    のうちの少なくとも１種を含む混晶により構成されてい
    ることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置。
19. 【請求項１９】 成長基板の上に底面と側面との間の内
    角が鋭角である順テーパ型または内角が直角である凸型
    のリッジ部を有する構造基板の製造方法であって、 前記成長基板の上にエッチングストップ層を形成する工
    程と、 前記エッチングストップ層の上にリッジ部形成層を形成
    する工程とを含むことを特徴とする構造基板の製造方
    法。
20. 【請求項２０】 前記リッジ部形成層に対して所望のリ
    ッジ形状付近までエッチングする第１のウエットエッチ
    ングを施す工程と、 前記リッジ部の側面に非結晶成長面を出現させる第２の
    ウエットエッチングを施す工程とを含むことを特徴とす
    る請求項１９に記載の構造基板の製造方法。
21. 【請求項２１】 前記第１のウエットエッチングは、基
    板の構成元素に対して選択性を持たない第１のエッチャ
    ントを用いたエッチングであり、前記第２のウエットエ
    ッチングは、基板の構成元素のうち陽イオンとなり得る
    元素に対して選択的に作用する第２のエッチャントを用
    いたエッチングであることを特徴とする請求項２０に記
    載の構造基板の製造方法。
22. 【請求項２２】 前記リッジ部形成層の上にリッジ部形
    成領域に対応したマスクパターンを形成する工程と、 前記マスクパターンを介して前記リッジ部形成層に反応
    性イオンエッチングを行う工程とを含むことを特徴とす
    る請求項１９に記載の構造基板の製造方法。
23. 【請求項２３】 成長基板の上に底面と側面との間の内
    角が鋭角である順テーパ型または内角が直角である凸型
    のリッジ部を備えた構造基板上に半導体層を成長させて
    半導体装置を製造する方法であって、 前記成長基板の上にエッチングストップ層を形成する工
    程と、 前記エッチングストップ層の上にリッジ部形成層を形成
    する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。