JP2007251069A

JP2007251069A - Method for manufacturing semiconductor device

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Publication number: JP2007251069A
Application number: JP2006075729A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sakashita; 武坂下
Original assignee: Sumitomo Electric Device Innovations Inc
Current assignee: Sumitomo Electric Device Innovations Inc
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2026-03-17
Also published as: JP5025974B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of suppressing a diffusion in a lateral direction at the time of forming a diffusion region in a compound semiconductor layer, and suppressing a leakage current between electrodes. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the semiconductor device comprises the steps of processing the surface of the compound semiconductor layer including at least one of a GaAs, an AlGaAs, a GaP, a GaInP, and an AlGaInP by a hydrofluoric acid solution or a buffering hydrofluoric acid (a step S10), forming a silicon nitride film having a refraction factor of not less than 1.77 nor more than 1.85 on the surface of the compound semiconductor layer (a step S12), and forming the diffusion region in the compound semiconductor layer with a mask of the silicon nitride film (a step S14). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、化合物半導体層上に窒化シリコン膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a silicon nitride film on a compound semiconductor layer.

化合物半導体層を用いた半導体装置としては、例えば光通信等や光記憶媒体装置の分野において用いられる光半導体装置や例えば携帯電話等の無線通信分野において用いられるマイクロ波を扱う半導体装置がある。光半導体装置としては、光を発光する半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光装置、または光を受光するフォトダイオード等の半導体受光装置である光半導体装置がある。また、マイクロ波扱う半導体装置としては、ＧａＡｓ層やＧａＮ層を用いたＦＥＴやＨＥＭＴ等がある。化合物半導体層を有する半導体装置の製造方法においては、化合物半導体層の表面状態を制御することが重要である。例えば、特許文献１には、ＧａＡｓ層表面の酸化物をプラズマ処理により除去し、その表面に窒化シリコン膜からなるマスク層を設け、ＧａＡｓ層に拡散領域を形成する技術が開示されている。 As a semiconductor device using a compound semiconductor layer, there are, for example, an optical semiconductor device used in the field of optical communication and the optical storage medium device and a semiconductor device handling microwaves used in the field of wireless communication such as a mobile phone. Examples of the optical semiconductor device include a semiconductor light emitting device such as a semiconductor laser that emits light and a light emitting diode (LED), or an optical semiconductor device that is a semiconductor light receiving device such as a photodiode that receives light. In addition, semiconductor devices that handle microwaves include FETs, HEMTs, and the like using GaAs layers and GaN layers. In a method for manufacturing a semiconductor device having a compound semiconductor layer, it is important to control the surface state of the compound semiconductor layer. For example, Patent Document 1 discloses a technique in which an oxide on the surface of a GaAs layer is removed by plasma treatment, a mask layer made of a silicon nitride film is provided on the surface, and a diffusion region is formed in the GaAs layer.

特開平３−１８０１７号公報JP-A-3-18017

化合物半導体層上の窒化シリコン層をマスクに拡散領域を形成する場合、縦方向（化合物半導体層の表面に対する垂直方向）への拡散に対し横方向（化合物半導体層の表面に対する水平方向）の拡散を抑制することが求められる。また、電極間の化合物半導体層の窒化シリコン膜界面のリーク電流を抑制することが求められる。 When the diffusion region is formed using the silicon nitride layer on the compound semiconductor layer as a mask, diffusion in the horizontal direction (horizontal direction with respect to the surface of the compound semiconductor layer) is diffused with respect to diffusion in the vertical direction (direction perpendicular to the surface of the compound semiconductor layer). Control is required. In addition, it is required to suppress leakage current at the silicon nitride film interface of the compound semiconductor layer between the electrodes.

本発明は、化合物半導体層内に拡散領域を形成する場合に横方向の拡散を抑制すること、または、電極間のリーク電流を抑制することが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of suppressing lateral diffusion when forming a diffusion region in a compound semiconductor layer, or suppressing leakage current between electrodes. And

本発明は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＩｎＰの少なくとも１つを含む化合物半導体層の表面を弗酸水溶液または緩衝弗酸で処理する工程と、前記化合物半導体層の前記表面上に屈折率が１．７７以上かつ１．８５以下の窒化シリコン膜を形成する工程と、前記窒化シリコン膜をマスクに前記化合物半導体層内に拡散領域を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。本発明によれば、化合物半導体層内に拡散領域を形成する場合に横方向の拡散を抑制することができる。 The present invention includes a step of treating a surface of a compound semiconductor layer containing at least one of GaAs, AlGaAs, GaP, GaInP, and AlGaInP with an aqueous hydrofluoric acid solution or buffered hydrofluoric acid, and a refractive index on the surface of the compound semiconductor layer. 1. A semiconductor device comprising: forming a silicon nitride film of 1.77 or more and 1.85 or less; and forming a diffusion region in the compound semiconductor layer using the silicon nitride film as a mask. It is a manufacturing method. According to the present invention, lateral diffusion can be suppressed when a diffusion region is formed in a compound semiconductor layer.

本発明は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＩｎＰの少なくとも１つを含む化合物半導体層の表面のイオン化ポテンシャルが５．１ｅＶより大きくなる処理を行う工程と、前記化合物半導体層の前記表面上に屈折率が１．７７以上かつ１．８５以下の窒化シリコン膜を形成する工程と、前記窒化シリコン膜をマスクに前記化合物半導体層内に拡散領域を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。本発明によれば、化合物半導体層内に拡散領域を形成する場合に横方向の拡散を抑制することができる。 The present invention includes a step of performing a treatment in which an ionization potential of a surface of a compound semiconductor layer containing at least one of GaAs, AlGaAs, GaP, GaInP, and AlGaInP is greater than 5.1 eV, and refraction on the surface of the compound semiconductor layer. And a step of forming a silicon nitride film having a rate of 1.77 or more and 1.85 or less and a step of forming a diffusion region in the compound semiconductor layer using the silicon nitride film as a mask. It is a manufacturing method of an apparatus. According to the present invention, lateral diffusion can be suppressed when a diffusion region is formed in a compound semiconductor layer.

本発明は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＩｎＰの少なくとも１つを含む化合物半導体層の表面を弗酸水溶液または緩衝弗酸で処理する工程と、前記化合物半導体層の前記表面上に屈折率が１．７７以上かつ１．８５以下の窒化シリコン膜を形成する工程と、前記窒化シリコン膜の開口部にソース電極とドレイン電極とを形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。本発明によれば、ソース電極とドレイン電極間のリーク電流を抑制することができる。 The present invention includes a step of treating a surface of a compound semiconductor layer containing at least one of GaAs, AlGaAs, GaP, GaInP, and AlGaInP with an aqueous hydrofluoric acid solution or buffered hydrofluoric acid, and a refractive index on the surface of the compound semiconductor layer. 1. A semiconductor device comprising: a step of forming a silicon nitride film of 1.77 or more and 1.85 or less; and a step of forming a source electrode and a drain electrode in an opening of the silicon nitride film. Is the method. According to the present invention, the leakage current between the source electrode and the drain electrode can be suppressed.

本発明は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＩｎＰの少なくとも１つを含む化合物半導体層の表面のイオン化ポテンシャルが５．１ｅＶより大きくなる処理を行う工程と、前記化合物半導体層の前記表面上に屈折率が１．７７以上かつ１．８５以下の窒化シリコン膜を形成する工程と、前記窒化シリコン膜の開口部にソース電極とドレイン電極とを形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。本発明によれば、ソース電極とドレイン電極間のリーク電流を抑制することができる。 The present invention includes a step of performing a treatment in which an ionization potential of a surface of a compound semiconductor layer containing at least one of GaAs, AlGaAs, GaP, GaInP, and AlGaInP is greater than 5.1 eV, and refraction on the surface of the compound semiconductor layer. A semiconductor device comprising: a step of forming a silicon nitride film having a rate of 1.77 or more and 1.85 or less; and a step of forming a source electrode and a drain electrode in an opening of the silicon nitride film. It is a manufacturing method. According to the present invention, the leakage current between the source electrode and the drain electrode can be suppressed.

上記構成において、前記窒化シリコン膜を形成する工程は、プラズマＣＶＤ法を用い前記窒化シリコン膜を形成する工程である構成とすることができる。また、上記構成において、前記窒化シリコン膜を形成する工程は、ガス流量比をＳｉＨ_４：ＮＨ_３：Ｎ_２＝３〜１０：５〜１０：１０００とし前記窒化シリコン膜を形成する工程である構成とすることができる。この構成によれば、窒化シリコン膜の屈折率を１．７７以上かつ１．８５以下とすることができる。 In the above structure, the step of forming the silicon nitride film may be a step of forming the silicon nitride film using a plasma CVD method. In the above configuration, the step of forming the silicon nitride film is a step of forming the silicon nitride film with a gas flow ratio of SiH ₄ : NH ₃ : N ₂ = 3 to 10: 5 to 10: 1000. It can be. According to this configuration, the refractive index of the silicon nitride film can be set to 1.77 or more and 1.85 or less.

上記構成において、前記拡散領域を形成する工程は、固相拡散法を用い拡散領域を形成する工程を含む構成とすることができる。また、上記構成において、前記拡散領域を形成する工程は、亜鉛を含む拡散ソースを用い前記拡散領域する工程を含む構成とすることができる。 In the above configuration, the step of forming the diffusion region may include a step of forming the diffusion region using a solid phase diffusion method. In the above structure, the step of forming the diffusion region may include a step of forming the diffusion region using a diffusion source containing zinc.

上記構成において、前記弗酸水溶液は濃度が３０ｗｔ％〜５０ｗｔ％の弗化水素を含み、前記緩衝弗酸は３３ｗｔ％〜３９ｗｔ％の濃度の弗化アンモニウムと１ｗｔ％〜８ｗｔ％の濃度の弗化水素とを含む構成とすることができる。また、上記構成において、前記半導体装置は、ＨＥＭＴまたはＭＥＳＦＥＴである構成とすることができる。 In the above configuration, the aqueous hydrofluoric acid solution contains hydrogen fluoride having a concentration of 30 wt% to 50 wt%, and the buffer hydrofluoric acid is ammonium fluoride having a concentration of 33 wt% to 39 wt% and fluoride having a concentration of 1 wt% to 8 wt%. It can be set as the structure containing hydrogen. In the above structure, the semiconductor device may be a HEMT or a MESFET.

本発明によれば、化合物半導体層内に拡散領域を形成する場合に横方向の拡散を抑制すること、または、電極間のリーク電流を抑制することが可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of suppressing lateral diffusion when forming a diffusion region in a compound semiconductor layer, or suppressing leakage current between electrodes. Can do.

まず、発明者が行ったＧａＡｓ基板１０にＺｎ（亜鉛）を拡散させる実験について説明する。図１は実験のフローを示すフローチャートであり、図２は実験後の断面図である。図１および図２を参照に、ＧａＡｓ基板１１の表面を、薬液で表面処理する（ステップＳ１０）。ＧａＡｓ基板の表面に、膜厚が約１００ｎｍの窒化シリコン膜からなるマスク層２２をプラズマＣＶＤ法を用い形成する。その後、マスク層２２の拡散領域を形成すべき領域に開口部を形成する。これにより、開口部を有するマスク層２２が形成される（ステップＳ１２）。マスク層２２の開口部のＧａＡｓ基板上およびマスク層上に、スパッタ法を用い酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜および酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜からなる拡散ソース層３２を形成する。拡散ソース層３２上に酸化シリコン膜３３を形成する。熱処理を行うことにより、マスク層２２をマスクにＧａＡｓ基板１１内に拡散領域３０を形成する（ステップＳ１４）。このように、拡散領域３０を固相拡散法を用い形成する。また、亜鉛を含む拡散ソース層３２（拡散ソース）を用い拡散領域３０を形成する。図２のように、拡散領域３０の縦方向（ＧａＡｓ基板１１の表面と垂直方向）に最も拡散した拡散領域３０の厚さを拡散領域３０の深さ、マスク層２２から横方向（ＧａＡｓ基板１１の表面と水平方向）に最も拡散した量を拡散領域３０の広がりとした。 First, an experiment conducted by the inventors to diffuse Zn (zinc) in the GaAs substrate 10 will be described. FIG. 1 is a flowchart showing a flow of the experiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view after the experiment. Referring to FIGS. 1 and 2, the surface of GaAs substrate 11 is surface-treated with a chemical solution (step S10). A mask layer 22 made of a silicon nitride film having a thickness of about 100 nm is formed on the surface of the GaAs substrate by plasma CVD. Thereafter, an opening is formed in the region where the diffusion region of the mask layer 22 is to be formed. Thereby, the mask layer 22 having an opening is formed (step S12). A diffusion source layer 32 made of a zinc oxide (ZnO) film and a silicon oxide (SiO ₂ ) film is formed by sputtering on the GaAs substrate and the mask layer in the opening of the mask layer 22. A silicon oxide film 33 is formed on the diffusion source layer 32. By performing heat treatment, a diffusion region 30 is formed in the GaAs substrate 11 using the mask layer 22 as a mask (step S14). Thus, the diffusion region 30 is formed using the solid phase diffusion method. Further, the diffusion region 30 is formed using the diffusion source layer 32 (diffusion source) containing zinc. As shown in FIG. 2, the thickness of the diffusion region 30 most diffused in the vertical direction of the diffusion region 30 (perpendicular to the surface of the GaAs substrate 11) is changed from the depth of the diffusion region 30 and from the mask layer 22 to the lateral direction (GaAs substrate 11). The amount diffused most in the horizontal direction) was defined as the spread of the diffusion region 30.

図３は図１のように作製した試料の断面をＳＥＭ観察した画像の模式図である。図３のように、ＳＥＭ画像から拡散領域３０の深さと広がりを測定した。広がり／深さをアスペクト比と定義した。つまり、アスペクト比が小さいことは拡散領域３０の広がりが小さいことを示し、良好な拡散領域３０であることを示している。 FIG. 3 is a schematic diagram of an image obtained by SEM observation of a cross section of the sample manufactured as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the depth and spread of the diffusion region 30 were measured from the SEM image. Spread / depth was defined as the aspect ratio. That is, a small aspect ratio indicates that the spread of the diffusion region 30 is small, indicating that the diffusion region 30 is good.

まず、図１のステップＳ１２の窒化シリコン膜の膜質を変え拡散領域３０のアスペクト比を調べた。表１を参照に、ステップＳ１０の処理を弗化水素の濃度が４０ｗｔ％の弗酸水溶液を用いて行った後、プラズマＣＶＤ法を用い窒化シリコン膜をマスク層２２として形成した（ステップＳ１２）。Ａ条件は窒化シリコン膜の屈折率は１．８５、条件Ｂの窒化シリコン膜の屈折率が２．３３とした。その後、条件Ａは６５０℃の温度で２０分、条件Ｂは６５０℃の温度で１００秒の熱処理を行い拡散領域３０を形成した。その結果、条件Ａ、Ｂのアスペクト比はそれぞれ１．６および２．０であった。条件Ａは条件Ｂに比べ、熱処理時間が長いにもかかわらずアスペクト比は小さい。

First, the aspect ratio of the diffusion region 30 was examined by changing the film quality of the silicon nitride film in step S12 of FIG. Referring to Table 1, after performing the process of step S10 using a hydrofluoric acid aqueous solution having a hydrogen fluoride concentration of 40 wt%, a silicon nitride film was formed as a mask layer 22 using a plasma CVD method (step S12). In condition A, the refractive index of the silicon nitride film was 1.85, and the refractive index of the silicon nitride film in condition B was 2.33. Thereafter, heat treatment was performed at a temperature of 650 ° C. for 20 minutes and under condition B at a temperature of 650 ° C. for 100 seconds to form a diffusion region 30. As a result, the aspect ratios of Conditions A and B were 1.6 and 2.0, respectively. Condition A has a smaller aspect ratio than condition B, despite the longer heat treatment time.

同様に、表２を参照に、ステップＳ１０は表１と同じ条件で行い、ステップＳ１２として、プラズマＣＶＤ法を用い、条件Ｃ、Ｄは屈折率１．７７、条件Ｅ、Ｆは屈折率１．８５の窒化シリコン膜をマスク層２２として形成した。その後、条件Ｃ、Ｅは６００℃の温度で１０分、条件Ｄ、Ｆは６００℃の温度で３０分の熱処理を行い拡散領域３０を形成した。その結果、条件Ｃ、Ｄは条件Ｅ、Ｆよりアスペクト比がさらに小さくなっている。

Similarly, referring to Table 2, step S10 is performed under the same conditions as in Table 1. As step S12, plasma CVD is used, conditions C and D are refractive index 1.77, conditions E and F are refractive index 1. An 85 silicon nitride film was formed as the mask layer 22. Then, conditions C and E were heat-treated for 10 minutes at a temperature of 600 ° C., and conditions D and F were heat-treated for 30 minutes at a temperature of 600 ° C. to form a diffusion region 30. As a result, conditions C and D have a smaller aspect ratio than conditions E and F.

表１、表２より、マスク層２２として用いる窒化シリコン膜の屈折率を１．８５以下とすることにより、拡散領域３０のアスペクト比を小さくすることができる。また、少なくとも屈折率が１．７７まではアスペクト比は小さい。 From Tables 1 and 2, the aspect ratio of the diffusion region 30 can be reduced by setting the refractive index of the silicon nitride film used as the mask layer 22 to 1.85 or less. Also, the aspect ratio is small at least until the refractive index is 1.77.

なお、表１および表２の実験において、条件Ａ、Ｃ〜Ｆのマスク層２２は、ＲＦ周波数が１３．５６ＭＨｚ、ガス流量比がＳｉＨ_４：ＮＨ_３：Ｎ_２＝３〜１０：５〜１０：１０００の条件で成膜し、条件Ｂのマスク層２２は、ＲＦ周波数が３７５ｋＨｚ、ガス流量比がＳｉＨ_４：Ｎ_２＝１：３０で成膜した。このように、プラズマＣＶＤ方を用いガス流量比をＳｉＨ_４：ＮＨ_３：Ｎ_２＝３〜１０：５〜１０：１０００とし窒化シリコン膜を形成することにより、屈折率が１．７７以上かつ１．８５以下の窒化シリコン膜を形成することができる。また、窒化シリコン膜の屈折率を変化させる方法としては、例えばＲＦパワーを高くする、またはＮＨ_３のガス流量比を上げることにより屈折率を小さくすることができる。 In the experiments of Tables 1 and 2, the mask layer 22 under conditions A and C to F has an RF frequency of 13.56 MHz and a gas flow rate ratio of SiH ₄ : NH ₃ : N ₂ = 3 to 10: 5 to 10 : The film was formed under the condition of 1000, and the mask layer 22 of Condition B was formed with an RF frequency of 375 kHz and a gas flow ratio of SiH ₄ : N ₂ = 1: 30. In this way, by using a plasma CVD method and forming a silicon nitride film with a gas flow rate ratio of SiH ₄ : NH ₃ : N ₂ = 3 to 10: 5 to 10: 1000, the refractive index is 1.77 or more and 1 A silicon nitride film of .85 or less can be formed. As a method for changing the refractive index of the silicon nitride film, for example, the refractive index can be reduced by increasing the RF power or increasing the gas flow ratio of NH ₃ .

次に、図１のステップＳ１０の表面処理を変え拡散領域３０のアスペクト比を調べた。なお、表面処理は全て室温で行った。表３を参照に、ステップＳ１０として、条件ａは表面処理を行わず、条件ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆはそれぞれ硝酸の濃度が６ｗｔ％の希硝酸（ＨＮＯ_３＋Ｈ_２Ｏ）、弗化アンモニウムの濃度が４０ｗｔ％の弗化アンモニウム水溶液（ＮＨ_４Ｆ＋Ｈ_２Ｏ）、弗酸の濃度が２．４ｗｔ％および弗化アンモニウムの濃度が３８ｗｔ％の緩衝弗酸（ＮＨ_４Ｆ＋ＨＦ）、アンモニア濃度が０．６ｗｔ％のアンモニア水（ＮＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ）、弗酸の濃度が４０ｗｔ％の弗酸水溶液（ＨＦ＋Ｈ_２Ｏ）を薬液として用い、１分間の処理を行った。その後、薬液を水洗でリンスした。マスク層２２として屈折率１．８５の窒化シリコン膜を形成した（ステップＳ１２）。その後、６００℃の温度で１０分、の熱処理を行い拡散領域３０を形成した。各条件におけるアスペクト比を表３に示す。表３のイオン化ポテンシャルは、ステップＳ１０の表面処理後、大気中において理研計器製のＭｏｄｅｌＡＣ−２（商品名）を用い測定したイオン化ポテンシャルである。

Next, the surface treatment of step S10 in FIG. 1 was changed and the aspect ratio of the diffusion region 30 was examined. All surface treatments were performed at room temperature. Referring to Table 3, as step S10, condition a is not subjected to surface treatment, conditions b, c, d, e, and f are dilute nitric acid (HNO ₃ + H ₂ O) with a nitric acid concentration of 6 wt%, respectively, and fluorination Ammonium fluoride aqueous solution (NH ₄ F + H ₂ O) having an ammonium concentration of 40 wt%, buffered hydrofluoric acid (NH ₄ F + HF) having a concentration of 2.4 wt% hydrofluoric acid and 38 wt% ammonium fluoride, an ammonia concentration of The treatment was performed for 1 minute using 0.6 wt% ammonia water (NH ₃ OH + H ₂ O) and hydrofluoric acid aqueous solution (HF + H ₂ O) having a concentration of 40 wt% hydrofluoric acid as chemicals. Thereafter, the chemical solution was rinsed with water. A silicon nitride film having a refractive index of 1.85 was formed as the mask layer 22 (step S12). Thereafter, a heat treatment was performed at a temperature of 600 ° C. for 10 minutes to form the diffusion region 30. Table 3 shows the aspect ratio under each condition. The ionization potential in Table 3 is an ionization potential measured using Model AC-2 (trade name) manufactured by Riken Keiki Co., Ltd. in the air after the surface treatment in Step S10.

図４は表３のイオン化ポテンシャルとアスペクト比との関係を示した図である。図４より、イオン化ポテンシャルが大きくなるとアスペクト比は小さくなる。表面処理として、弗酸水溶液または緩衝弗酸を用いた場合、イオン化ポテンシャルが大きくなりアスペクト比は小さくなる。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the ionization potential and the aspect ratio shown in Table 3. As shown in FIG. 4, the aspect ratio decreases as the ionization potential increases. When a hydrofluoric acid aqueous solution or buffered hydrofluoric acid is used as the surface treatment, the ionization potential increases and the aspect ratio decreases.

表１より、化合物半導体層の表面処理として弗酸水溶液または緩衝弗酸を用い、拡散のためのマスク層２２を屈折率が少なくとも１．７７以上かつ１．８５以下の窒化シリコン膜を用いることにより、拡散領域３０のアスペクト比を小さくすることができる。また、表３および図４より、弗酸水溶液または緩衝弗酸で表面処理した場合と同程度以上のアスペクト比を得るためには、表面処理は、化合物半導体層の表面をイオン化ポテンシャルが５．１ｅＶ以上となる処理であることが好ましい。なお、弗酸水溶液、緩衝弗酸の濃度は本実験の値に限られない。弗酸水溶液は濃度が３０ｗｔ％〜５０ｗｔ％の弗化水素を含むことが好ましく、緩衝弗酸は３３ｗｔ％〜３９ｗｔ％の濃度の弗化アンモニウムと１ｗｔ％〜８ｗｔ％の濃度の弗化水素とを含むことが好ましい。 From Table 1, by using hydrofluoric acid aqueous solution or buffered hydrofluoric acid as the surface treatment of the compound semiconductor layer, and using a silicon nitride film having a refractive index of at least 1.77 and not more than 1.85 for the mask layer 22 for diffusion. The aspect ratio of the diffusion region 30 can be reduced. Further, from Table 3 and FIG. 4, in order to obtain an aspect ratio equal to or higher than that in the case of surface treatment with a hydrofluoric acid aqueous solution or buffered hydrofluoric acid, the surface treatment is performed with an ionization potential of 5.1 eV on the surface of the compound semiconductor layer. It is preferable that the processing is as described above. The concentrations of the hydrofluoric acid aqueous solution and buffered hydrofluoric acid are not limited to the values in this experiment. The aqueous hydrofluoric acid solution preferably contains hydrogen fluoride having a concentration of 30 wt% to 50 wt%, and the buffered hydrofluoric acid contains ammonium fluoride having a concentration of 33 wt% to 39 wt% and hydrogen fluoride having a concentration of 1 wt% to 8 wt%. It is preferable to include.

発明者は、アスペクト比が改善されるメカニズムにつき以下のように考えた。まず、横方向に拡散が進む原因の１つとして、ＧａＡｓ基板１１（化合物半導体層）表面のＧａ（III族原子）の空孔を介し拡散が横方向に進むのではないかと考えた。窒化シリコン膜の屈折率が小さくなるとＧａＡｓ基板１１の表面のＧａが窒化シリコン膜に拡散し（引き抜かれ）ＧａＡｓ基板１１表面のＧａが少なくなり、Ｇａの空孔が生じる。そこで、窒化シリコン膜の屈折率を少なくとも１．７７以上とすることにより、Ｇａの窒化シリコン膜への拡散を抑制することができる。よって、ＧａＡｓ基板１１表面のＧａの空孔は少なく、横方向の拡散が抑制される。さらに、窒化シリコン膜を成膜する前に、ＧａＡｓ基板１１表面のイオン化ポテンシャルを大きくすると、窒化シリコン膜へのＧａの拡散を一層抑制することができる。よって、ＧａＡｓ基板１１表面のＧａの空孔は少なく、横方向の拡散が抑制される。 The inventor considered the mechanism for improving the aspect ratio as follows. First, as one of the causes for the diffusion to proceed in the lateral direction, it was thought that the diffusion might proceed in the lateral direction through Ga (III group atom) vacancies on the surface of the GaAs substrate 11 (compound semiconductor layer). When the refractive index of the silicon nitride film is reduced, Ga on the surface of the GaAs substrate 11 is diffused (extracted) into the silicon nitride film, and Ga on the surface of the GaAs substrate 11 is reduced, resulting in Ga holes. Thus, by setting the refractive index of the silicon nitride film to at least 1.77 or more, diffusion of Ga into the silicon nitride film can be suppressed. Therefore, there are few Ga vacancies on the surface of the GaAs substrate 11, and lateral diffusion is suppressed. Furthermore, if the ionization potential on the surface of the GaAs substrate 11 is increased before the silicon nitride film is formed, the diffusion of Ga into the silicon nitride film can be further suppressed. Therefore, there are few Ga vacancies on the surface of the GaAs substrate 11, and lateral diffusion is suppressed.

上記メカニズムによれば、化合物半導体層の表面のイオン化ポテンシャルが大きくなる表面処理を行い屈折率が１．７７以上かつ１．８５以下の窒化シリコン膜を拡散のマスク層とする方法は、ＧａＡｓ層以外であってもＧａを含む化合物半導体層であれば、Ｇａの空孔を抑制するという効果がある。特にＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＩｎＰの少なくとも１つを含む化合物半導体層の表面に上記表面処理を用いることにより、窒化シリコン膜へのＧａの拡散を抑制し、化合物半導体層界面のＧａの空孔を抑制することができる。Ｇａの空孔を介した横方向の拡散は、亜鉛以外を用いた拡散でも生じる。または、固相拡散法以外の拡散法を用いた拡散であっても生じる。このため、上記方法は、亜鉛以外の拡散、固相拡散法以外の拡散方法に対しても有効である。 According to the above mechanism, the surface treatment for increasing the ionization potential of the surface of the compound semiconductor layer and the method of using a silicon nitride film having a refractive index of 1.77 or more and 1.85 or less as a diffusion mask layer is possible except for a GaAs layer. Even if it is a compound semiconductor layer containing Ga, there is an effect of suppressing Ga vacancies. In particular, by using the surface treatment on the surface of the compound semiconductor layer containing at least one of GaAs, AlGaAs, GaP, GaInP, and AlGaInP, the diffusion of Ga into the silicon nitride film is suppressed, and the Ga vacancy at the interface of the compound semiconductor layer is suppressed. Holes can be suppressed. Lateral diffusion through Ga vacancies also occurs with diffusion other than zinc. Alternatively, it occurs even when diffusion is performed using a diffusion method other than the solid phase diffusion method. Therefore, the above method is also effective for diffusion methods other than zinc and diffusion methods other than the solid phase diffusion method.

また、化合物半導体層の表面のＧａの空孔を抑制するためには、プラズマＣＶＤ法以外の成膜法で形成された窒化シリコン膜であっても屈折率が１．７７以上かつ１．８５以下であれば良い。表面処理は、弗酸水溶液または緩衝弗酸（弗酸を含む薬液）を用い行うことにより、化合物半導体層の表面のイオン化ポテンシャルを大きくすることができる。また、化合物半導体層の表面に、ＧａＡｓ層の表面に処理を行うとＧａＡｓ層の表面のイオン化ポテンシャルが５．１ｅＶ以上となるような処理を行う。これにより、弗酸水溶液または緩衝弗酸を用い表面処理を行う場合と同程度以上に化合物半導体層の表面のＧａの空孔を抑制することができる。よって拡散領域３０のアスペクト比を、弗酸水溶液または緩衝弗酸を用い表面処理を行う場合と同程度以下にすることができる。 In order to suppress Ga vacancies on the surface of the compound semiconductor layer, even a silicon nitride film formed by a film forming method other than the plasma CVD method has a refractive index of 1.77 or more and 1.85 or less. If it is good. The surface treatment can be performed using an aqueous hydrofluoric acid solution or buffered hydrofluoric acid (chemical solution containing hydrofluoric acid), whereby the ionization potential of the surface of the compound semiconductor layer can be increased. Further, if the surface of the compound semiconductor layer is processed on the surface of the GaAs layer, the ionization potential of the surface of the GaAs layer becomes 5.1 eV or higher. Thus, Ga vacancies on the surface of the compound semiconductor layer can be suppressed to the same extent as when surface treatment is performed using an aqueous hydrofluoric acid solution or buffered hydrofluoric acid. Therefore, the aspect ratio of the diffusion region 30 can be made equal to or less than that in the case where the surface treatment is performed using an aqueous hydrofluoric acid solution or buffered hydrofluoric acid.

実施例１は発振波長が６６０ｎｍでありリッジ部を有する半導体レーザの例である。図５は半導体レーザの斜視図、図６（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、図６（ｂ）は図５のＢ−Ｂ断面図である。図５、図６（ａ）および図６（ｂ）を参照に、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に化合物半導体層２０としてｎ型クラッド層１２、活性層１４、ｐ型クラッド層１６、中間層１７およびｐ型コンタクト層１８が設けられている。図６（ａ）を参照に、Ｐ型コンタクト層１８、中間層１７およびｐ型クラッド層１６の一部が除去され窪み部３７が設けられ、窪み部３７の間にｐ型クラッド層１６の一部、中間層１７およびｐ型コンタクト層１８からなるリッジ部３６が設けられている。つまり、化合物半導体層２０はリッジ部３６を有する。ｐ型コンタクト層１８上には、ｐ型コンタクト層１８とオーミック接続する電極２４が設けられている。図５および図６（ｂ）を参照に、化合物半導体層２０のＢ−Ｂ方向の端部には拡散領域３０が設けられている。 Example 1 is an example of a semiconductor laser having an oscillation wavelength of 660 nm and having a ridge portion. 5 is a perspective view of the semiconductor laser, FIG. 6A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. With reference to FIGS. 5, 6A and 6B, an n-type cladding layer 12, an active layer 14, a p-type cladding layer 16, an intermediate layer 17 and a compound semiconductor layer 20 are formed on an n-type GaAs substrate 10. A p-type contact layer 18 is provided. Referring to FIG. 6A, a part of the P-type contact layer 18, the intermediate layer 17 and the p-type cladding layer 16 is removed to provide a recessed part 37, and one of the p-type cladding layers 16 is provided between the recessed parts 37. A ridge portion 36 composed of a portion, an intermediate layer 17 and a p-type contact layer 18 is provided. That is, the compound semiconductor layer 20 has the ridge portion 36. An electrode 24 that is in ohmic contact with the p-type contact layer 18 is provided on the p-type contact layer 18. With reference to FIG. 5 and FIG. 6B, a diffusion region 30 is provided at the end of the compound semiconductor layer 20 in the BB direction.

図６（ａ）を参照に、活性層１４は屈折率の低いｎ型クラッド層１２およびｐ型クラッド層１６に挟まれているため、化合物半導体層２０を伝搬する光は、活性層１４近傍に閉じ込められる。一方、リッジ部３６下の活性層１４近傍を伝搬する光に対する等価屈折率は、リッジ部３６両側の窪み部３７下の活性層１４近傍を伝搬する光に対する等価屈折率より大きい。このため、活性層１４近傍を伝搬する光はリッジ部３６下の活性層１４近傍に閉じ込められる。活性層１４近傍を伝搬する光を閉じ込める部分を導波路３４という。また、リッジ部３６は導波路３４を形成するための化合物半導体層２０に形成された凸部である。電極２４と基板１０との間に電流を流すことにより、活性層１４で発光した光は、前述のように導波路３４に閉じ込められる。図６（ｂ）を参照に、導波路３４内の光は化合物半導体層２０の両側の端面２６および２８で反射される。このようにして、導波路３４内で誘導放出された光はレーザ光として、前記端面から出力光として出射される。 Referring to FIG. 6A, since the active layer 14 is sandwiched between the n-type cladding layer 12 and the p-type cladding layer 16 having a low refractive index, the light propagating through the compound semiconductor layer 20 is in the vicinity of the active layer 14. Be trapped. On the other hand, the equivalent refractive index for light propagating in the vicinity of the active layer 14 under the ridge 36 is larger than the equivalent refractive index for light propagating in the vicinity of the active layer 14 under the depression 37 on both sides of the ridge 36. Therefore, light propagating in the vicinity of the active layer 14 is confined in the vicinity of the active layer 14 below the ridge portion 36. A portion that confines light propagating in the vicinity of the active layer 14 is referred to as a waveguide 34. The ridge portion 36 is a convex portion formed on the compound semiconductor layer 20 for forming the waveguide 34. By passing a current between the electrode 24 and the substrate 10, the light emitted from the active layer 14 is confined in the waveguide 34 as described above. With reference to FIG. 6B, the light in the waveguide 34 is reflected by the end faces 26 and 28 on both sides of the compound semiconductor layer 20. In this way, the light stimulated and emitted in the waveguide 34 is emitted as laser light as output light from the end face.

図７（ａ）から図９（ｃ）を用い、実施例１に係る半導体レーザの製造方法について説明する。図７（ａ）から図８（ｃ）は図５のＢ−Ｂ断面に相当する図である。図７（ａ）を参照に、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ＭＯＣＶＤ法を用い、化合物半導体層２０として、ＡｌＧａＩｎＰ層からなるｎ型クラッド層１２、ＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＩｎＰのＭＱＷ（多重量子井戸）からなる活性層１４、ＡｌＧａＩｎＰ層からなるｐ型クラッド層１６、ＩｎＧａＰからなる中間層１７およびＧａＡｓ層からなるＺｎをドープしたｐ型コンタクト層１８を成長する。つまり、基板１０上にｎ型クラッド層１２、活性層１４およびｐ型クラッド層１６が順次積層された化合物半導体層２０を形成する。 A method for manufacturing a semiconductor laser according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIGS. 7A to 8C are views corresponding to the BB cross section of FIG. Referring to FIG. 7A, an MOCVD method is used on an n-type GaAs substrate 10 to form an n-type cladding layer 12 made of an AlGaInP layer and an InGaP / AlGaInP MQW (multiple quantum well) as the compound semiconductor layer 20. An active layer 14, a p-type cladding layer 16 made of an AlGaInP layer, an intermediate layer 17 made of InGaP, and a p-type contact layer 18 made of Zn made of GaAs are grown. That is, the compound semiconductor layer 20 in which the n-type cladding layer 12, the active layer 14, and the p-type cladding layer 16 are sequentially stacked on the substrate 10 is formed.

図７（ｂ）を参照に、ｐ型コンタクト層１８上の表面を表３で用いた条件の緩衝弗酸または弗酸水溶液に１分間浸漬し表面処理する。その後、５分間水洗し、緩衝弗酸または弗酸水溶液をリンスする。ｐ型コンタクト層１８上に接し、屈折率が１．７７以上かつ１．８５以下の窒化シリコン膜からなるマスク層２２を、プラズマＣＶＤ法を用いて形成する。図７（ｃ）を参照に、拡散領域となるべき領域５０に開口部４２を有するフォトレジスト４０を形成する。ここで、領域５０は、出力光が出射する端面となるべき面Ｔの近傍に設けられている。フォトレジスト４０をマスクにマスク層２２をエッチングする。 With reference to FIG. 7B, the surface of the p-type contact layer 18 is dipped in buffered hydrofluoric acid or hydrofluoric acid aqueous solution under the conditions used in Table 3 for 1 minute to perform surface treatment. Thereafter, it is washed with water for 5 minutes and rinsed with buffered hydrofluoric acid or hydrofluoric acid aqueous solution. A mask layer 22 made of a silicon nitride film in contact with the p-type contact layer 18 and having a refractive index of 1.77 or more and 1.85 or less is formed using a plasma CVD method. Referring to FIG. 7C, a photoresist 40 having an opening 42 is formed in a region 50 to be a diffusion region. Here, the region 50 is provided in the vicinity of the surface T to be the end surface from which the output light is emitted. The mask layer 22 is etched using the photoresist 40 as a mask.

図８（ａ）を参照に、フォトレジスト４０を除去し、マスク層２２上およびマスク層２２の開口部４２底面のＰ型コンタクト層１８上に、例えばスパッタ法を用い膜厚が例えば１００から１５０ｎｍの酸化亜鉛膜および酸化シリコン膜からなる拡散ソース層３２を形成する。拡散ソース層３２上に膜厚が例えば１００ｎｍから２００ｎｍの酸化シリコン膜３３を形成し、拡散ソース層３２を覆う。酸化シリコン膜３３により、拡散ソース層３２の亜鉛を化合物半導体層２０内に効率よく拡散させることができる。図８（ｂ）を参照に、例えば５５０℃から６００℃の温度で１０分から１５分間熱処理する。これにより拡散ソース層３２のＺｎを化合物半導体層２０内に拡散させる。熱処理はファーネスアニール法を用いたが、ＲＴＡ（ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ）法を用いることもできる。これにより、化合物半導体層２０内に拡散領域３０が形成される。 Referring to FIG. 8A, the photoresist 40 is removed, and the film thickness is, for example, 100 to 150 nm on the mask layer 22 and the P-type contact layer 18 on the bottom surface of the opening 42 of the mask layer 22 by using, for example, sputtering. A diffusion source layer 32 made of a zinc oxide film and a silicon oxide film is formed. A silicon oxide film 33 having a thickness of, for example, 100 nm to 200 nm is formed on the diffusion source layer 32 to cover the diffusion source layer 32. With the silicon oxide film 33, zinc in the diffusion source layer 32 can be efficiently diffused into the compound semiconductor layer 20. Referring to FIG. 8B, for example, heat treatment is performed at a temperature of 550 ° C. to 600 ° C. for 10 minutes to 15 minutes. Thereby, Zn in the diffusion source layer 32 is diffused into the compound semiconductor layer 20. Although a furnace annealing method is used for the heat treatment, an RTA (Rapid Thermal Anneal) method can also be used. Thereby, the diffusion region 30 is formed in the compound semiconductor layer 20.

図９（ａ）から図９（ｃ）は図５のＡ−Ａ断面に相当する図である。図９（ａ）を参照に、酸化シリコン膜３３およびマスク層２２を除去する。図９（ｂ）を参照に、フォトレジストまたは絶縁膜をマスクに化合物半導体層２０にｐ型クラッド層１６に達する窪み部３７を形成する。これにより窪み部３７の間にリッジ部３６が形成される。図９（ｃ）を参照に、リッジ部３６の最上層のｐ型コンタクト層１８上にＴｉ、Ｍｏ、Ａｕからなる電極２４を形成する。図８（ｃ）を参照に、端面となる面Ｔで基板１０および化合物半導体層２０を劈開する。以上により半導体レーザが完成する。 FIG. 9A to FIG. 9C are views corresponding to the AA cross section of FIG. Referring to FIG. 9A, the silicon oxide film 33 and the mask layer 22 are removed. Referring to FIG. 9B, a recess 37 reaching the p-type cladding layer 16 is formed in the compound semiconductor layer 20 using a photoresist or an insulating film as a mask. Thereby, a ridge portion 36 is formed between the recess portions 37. Referring to FIG. 9C, an electrode 24 made of Ti, Mo, and Au is formed on the p-type contact layer 18 that is the uppermost layer of the ridge portion 36. Referring to FIG. 8C, the substrate 10 and the compound semiconductor layer 20 are cleaved at the surface T serving as an end surface. Thus, the semiconductor laser is completed.

実施例１によれば、図７（ｂ）のように、Ｇａを含む化合物半導体層の表面を弗酸水溶液または緩衝弗酸で処理し、化合物半導体層２０の表面上に屈折率が１．７７以上かつ１．８５以下の窒化シリコン膜からなるマスク層２２を形成する。図８（ｂ）のように、窒化シリコン膜からなるマスク層２２をマスクに化合物半導体層２０内に拡散領域３０を形成する。これにより、拡散領域３０の横方向の拡散が抑制される。拡散領域３０は、活性層１４を無秩序化することにより、ＣＯＤ（壊滅的光学障害）レベルを上げるため設けられている。そこで、拡散領域３０が横方向に広がると、無秩序化した活性層１４の範囲が広くなり発光効率が低下してしまうという課題が生じる。さらに、横方向の拡散を見越して拡散のためのマスクを形成する必要があり、半導体レーザのサイズが大きくなってしまうという課題も生じる。実施例１によれば、拡散領域３０の横方向の広がりを小さくできるため、上記課題を解決することができる。 According to Example 1, as shown in FIG. 7B, the surface of the compound semiconductor layer containing Ga is treated with hydrofluoric acid aqueous solution or buffered hydrofluoric acid, and the refractive index of the surface of the compound semiconductor layer 20 is 1.77. A mask layer 22 made of a silicon nitride film of 1.85 or less is formed. As shown in FIG. 8B, the diffusion region 30 is formed in the compound semiconductor layer 20 using the mask layer 22 made of a silicon nitride film as a mask. Thereby, lateral diffusion of the diffusion region 30 is suppressed. The diffusion region 30 is provided to raise the level of COD (catastrophic optical interference) by disordering the active layer 14. Therefore, when the diffusion region 30 spreads in the lateral direction, there arises a problem that the range of the disordered active layer 14 is widened and the light emission efficiency is lowered. Furthermore, it is necessary to form a mask for diffusion in anticipation of lateral diffusion, which causes a problem that the size of the semiconductor laser increases. According to the first embodiment, since the lateral extent of the diffusion region 30 can be reduced, the above problem can be solved.

実施例１は、半導体レーザの例であったが、表面がＧａを含む化合物半導体層（特に、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＩｎＰの少なくとも１つを含む化合物半導体層）であれば半導体レーザには限られない。 Example 1 is an example of a semiconductor laser, but if the surface is a compound semiconductor layer containing Ga (particularly a compound semiconductor layer containing at least one of GaAs, AlGaAs, GaP, GaInP, and AlGaInP), the semiconductor laser can be used. Is not limited.

実施例２は、ＧａＡｓを用いたＨＥＭＴの例である。図１０（ａ）を参照に、ＧａＡｓ基板６０上にＭＯＣＶＤ法を用い、化合物半導体層６８としてＧａＡｓバッファ層６２、ＡｌＧａＡｓ電子供給層６４およびＧａＡｓキャップ層６６を順次形成する。図１０（ｂ）を参照に、化合物半導体層６８の表面を表３で用いた条件の緩衝弗酸または弗酸水溶液に１分間浸漬し表面処理する。その後、５分間水洗し、緩衝弗酸または弗酸水溶液をリンスする。ＧａＡｓキャップ層６６上に接し、屈折率が１．７７以上かつ１．８５以下の窒化シリコン膜７０を、プラズマＣＶＤ法を用いて形成する。窒化シリコン膜７０の膜厚としては、例えば１００ｎｍから２００ｎｍとすることができる。図１０（ｃ）を参照に、ゲート電極７４を形成する領域の窒化シリコン膜７０を除去し開口部を形成する。窒化シリコン膜７０を除去し開口部の化合物半導体層６８上にゲート電極７４として、例えばリフトオフ法および蒸着法を用いＮｉ／ＡｕまたはＮｉ／Ａｌを形成する。窒化シリコン膜７０の開口部の化合物半導体層６８上にオーミック電極７２（ソース電極およびドレイン電極）として、例えば蒸着法およびリフトオフ法を用いＡｕＧｅ／Ａｕを形成する。以上により実施例２に係るＨＥＭＴが完成する。 Example 2 is an example of a HEMT using GaAs. Referring to FIG. 10A, a GaAs buffer layer 62, an AlGaAs electron supply layer 64, and a GaAs cap layer 66 are sequentially formed as a compound semiconductor layer 68 on the GaAs substrate 60 using MOCVD. Referring to FIG. 10B, the surface of the compound semiconductor layer 68 is subjected to a surface treatment by immersing in a buffered hydrofluoric acid or hydrofluoric acid aqueous solution under the conditions used in Table 3 for 1 minute. Thereafter, it is washed with water for 5 minutes and rinsed with buffered hydrofluoric acid or hydrofluoric acid aqueous solution. A silicon nitride film 70 in contact with the GaAs cap layer 66 and having a refractive index of 1.77 or more and 1.85 or less is formed using a plasma CVD method. The film thickness of the silicon nitride film 70 can be set to, for example, 100 nm to 200 nm. Referring to FIG. 10C, the silicon nitride film 70 in the region where the gate electrode 74 is to be formed is removed to form an opening. The silicon nitride film 70 is removed, and Ni / Au or Ni / Al is formed as a gate electrode 74 on the compound semiconductor layer 68 in the opening by using, for example, a lift-off method and a vapor deposition method. As the ohmic electrode 72 (source electrode and drain electrode), AuGe / Au is formed on the compound semiconductor layer 68 in the opening of the silicon nitride film 70 by using, for example, a vapor deposition method and a lift-off method. Thus, the HEMT according to the second embodiment is completed.

実施例２によれば、図１０（ｂ）のように、Ｇａを含む化合物半導体層６８の表面を弗酸水溶液または緩衝弗酸で処理し、化合物半導体層６８の表面上に屈折率が１．７７以上かつ１．８５以下の窒化シリコン膜７０を形成する。図１０（ｃ）のように、窒化シリコン膜７０の開口部にソース電極とドレイン電極とを形成する。つまり、弗酸水溶液または緩衝弗酸は、化合物半導体層６８の表面のソース電極とドレイン電極との間となるべき領域、さらに言えばゲート電極７４とオーミック電極７２とになるべき領域の間を処理する。また、窒化シリコン膜７０は、ソース電極とドレイン電極との間となるべき領域、さらに言えばゲート電極７４とオーミック電極７２とになるべき領域の間に形成される。ＧａＡｓキャップ層６６の表面にＧａの空孔が生じると、電子がＧａの空孔に捕獲され、ドレイン電流が減少するコラプス現象が発生する。また、ＧａＡｓキャップ層６６の表面にＧａの空孔により、リーク電流が流れることがある。実施例２においては、ＧａＡｓキャップ層６６の表面のＧａの空孔の発生を抑制することができる。よって、コラプス現象やリーク電流を抑制することができる。 According to Example 2, as shown in FIG. 10B, the surface of the compound semiconductor layer 68 containing Ga is treated with a hydrofluoric acid aqueous solution or buffered hydrofluoric acid, and the refractive index of the surface of the compound semiconductor layer 68 is 1. A silicon nitride film 70 of 77 to 1.85 is formed. A source electrode and a drain electrode are formed in the opening of the silicon nitride film 70 as shown in FIG. In other words, the hydrofluoric acid aqueous solution or buffered hydrofluoric acid treats the region on the surface of the compound semiconductor layer 68 that should be between the source electrode and the drain electrode, more specifically, the region between the gate electrode 74 and the ohmic electrode 72. To do. Further, the silicon nitride film 70 is formed between a region to be between the source electrode and the drain electrode, more specifically, a region to be the gate electrode 74 and the ohmic electrode 72. When Ga vacancies are generated on the surface of the GaAs cap layer 66, electrons are trapped in the Ga vacancies and a collapse phenomenon occurs in which the drain current decreases. In addition, leakage current may flow on the surface of the GaAs cap layer 66 due to Ga vacancies. In the second embodiment, the generation of Ga vacancies on the surface of the GaAs cap layer 66 can be suppressed. Therefore, the collapse phenomenon and the leakage current can be suppressed.

実施例２は、ＧａＡｓを用いたＨＥＭＴの例であったが、表面がＧａを含む化合物半導体層（特に、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＩｎＰの少なくとも１つを含む化合物半導体層）であれば、例えばＧａＡｓ以外の化合物半導体層の表面を有するＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）やＭＥＳＦＥＴ（金属―半導体ＦＥＴ）等のＦＥＴであっても良い。 Example 2 is an example of a HEMT using GaAs, but if the surface is a compound semiconductor layer containing Ga (especially a compound semiconductor layer containing at least one of GaAs, AlGaAs, GaP, GaInP, and AlGaInP). For example, an FET such as a HEMT (High Electron Mobility Transistor) or a MESFET (Metal-Semiconductor FET) having a surface of a compound semiconductor layer other than GaAs may be used.

また、ゲート電極７４とオーミック電極７２間の化合物半導体層６８の表面を弗酸水溶液または緩衝弗酸（弗酸を含む薬液）で処理し、屈折率が１．７７以上かつ１．８５以下の窒化シリコン膜７０を形成する例であったが、これらの電極には限られない。ゲート電極７４およびオーミック電極７２以外であっても、電極間のリーク電流を低減することができる。 Further, the surface of the compound semiconductor layer 68 between the gate electrode 74 and the ohmic electrode 72 is treated with a hydrofluoric acid aqueous solution or buffered hydrofluoric acid (chemical solution containing hydrofluoric acid), and the refractive index is 1.77 or more and 1.85 or less. In this example, the silicon film 70 is formed, but the present invention is not limited to these electrodes. Even if it is other than the gate electrode 74 and the ohmic electrode 72, the leakage current between the electrodes can be reduced.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

図１は実験のフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart of the experiment. 図２は拡散領域の深さと広がりを説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the depth and spread of the diffusion region. 図３は拡散領域のＳＥＭ画像の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of the SEM image of the diffusion region. 図４はＧａＡｓ基板表面のイオン化ポテンシャルに対するアスペクト比を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the aspect ratio with respect to the ionization potential of the GaAs substrate surface. 図５は実施例１に係る半導体装置の斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of the semiconductor device according to the first embodiment. 図６（ａ）は図５のＡ−Ａ断面図であり、図６（ｂ）は図５のＢ−Ｂ断面図である。6A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 5, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 図７（ａ）から図７（ｃ）は実施例１に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図（その１）である。FIG. 7A to FIG. 7C are cross-sectional views (part 1) illustrating the manufacturing process of the semiconductor laser according to the first embodiment. 図８（ａ）から図８（ｃ）は実施例１に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図（その２）である。8A to 8C are cross-sectional views (part 2) illustrating the manufacturing process of the semiconductor laser according to the first embodiment. 図９（ａ）から図９（ｃ）は実施例１に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図（その３）である。FIGS. 9A to 9C are cross-sectional views (part 3) illustrating the manufacturing process of the semiconductor laser according to the first embodiment. 図１０（ａ）から図１０（ｃ）は実施例２に係るＨＥＭＴの製造工程を示す断面図である。FIG. 10A to FIG. 10C are cross-sectional views illustrating the manufacturing steps of the HEMT according to the second embodiment.

Explanation of symbols

１０ＧａＡｓ基板
１１ＧａＡｓ基板
１２ｎ型クラッド層
１４活性層
１６ｐ型クラッド層
１８ｐ型コンタクト層
２０化合物半導体層
２２マスク層
２４電極
３０拡散領域
３２拡散ソース層
３３酸化シリコン膜
３４導波路
３６リッジ部
３７窪み部
３８開口部
６０基板
６２ＧａＡｓバッファ層
６４ＡｌＧａＡｓ電子供給層
６６ＧａＡｓキャップ層
６８化合物半導体層
７０窒化シリコン膜
７２オーミック電極
７４ゲート電極
10 GaAs substrate 11 GaAs substrate 12 n-type cladding layer 14 active layer 16 p-type cladding layer 18 p-type contact layer 20 compound semiconductor layer 22 mask layer 24 electrode 30 diffusion region 32 diffusion source layer 33 silicon oxide film 34 waveguide 36 ridge portion 37 depression 38 opening 60 substrate 62 GaAs buffer layer 64 AlGaAs electron supply layer 66 GaAs cap layer 68 compound semiconductor layer 70 silicon nitride film 72 ohmic electrode 74 gate electrode

Claims

Treating the surface of the compound semiconductor layer containing at least one of GaAs, AlGaAs, GaP, GaInP and AlGaInP with an aqueous hydrofluoric acid solution or buffered hydrofluoric acid;
Forming a silicon nitride film having a refractive index of 1.77 or more and 1.85 or less on the surface of the compound semiconductor layer;
And a step of forming a diffusion region in the compound semiconductor layer using the silicon nitride film as a mask.

Performing a process in which the ionization potential of the surface of the compound semiconductor layer containing at least one of GaAs, AlGaAs, GaP, GaInP, and AlGaInP is greater than 5.1 eV;
Forming a silicon nitride film having a refractive index of 1.77 or more and 1.85 or less on the surface of the compound semiconductor layer;
And a step of forming a diffusion region in the compound semiconductor layer using the silicon nitride film as a mask.

Treating the surface of the compound semiconductor layer containing at least one of GaAs, AlGaAs, GaP, GaInP and AlGaInP with an aqueous hydrofluoric acid solution or buffered hydrofluoric acid;
Forming a silicon nitride film having a refractive index of 1.77 or more and 1.85 or less on the surface of the compound semiconductor layer;
Forming a source electrode and a drain electrode in the opening of the silicon nitride film.

Performing a process in which the ionization potential of the surface of the compound semiconductor layer containing at least one of GaAs, AlGaAs, GaP, GaInP, and AlGaInP is greater than 5.1 eV;
Forming a silicon nitride film having a refractive index of 1.77 or more and 1.85 or less on the surface of the compound semiconductor layer;
Forming a source electrode and a drain electrode in the opening of the silicon nitride film.

5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of forming the silicon nitride film is a step of forming the silicon nitride film using a plasma CVD method.

The step of forming the silicon nitride film is a step of forming the silicon nitride film with a gas flow rate ratio of SiH ₄ : NH ₃ : N ₂ = 3 to 10: 5 to 10: 1000. 6. A method for producing a semiconductor device according to 5.

3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of forming the diffusion region includes a step of forming the diffusion region using a solid phase diffusion method.

8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the step of forming the diffusion region includes the step of forming the diffusion region using a diffusion source containing zinc.

The hydrofluoric acid aqueous solution includes hydrogen fluoride having a concentration of 30 wt% to 50 wt%, and the buffer hydrofluoric acid includes ammonium fluoride having a concentration of 33 wt% to 39 wt% and hydrogen fluoride having a concentration of 1 wt% to 8 wt%. 4. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein

5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the semiconductor device is a HEMT or a MESFET.