JP2680310B2 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

半導体素子の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明はInGaAlPを含む半導体素子の製造方法に係
り、特に上記半導体を制御良くエッチングするための半
導体素子の製造方法に関する。 (従来の技術) 近年MOCVD法などの気相成長法の進歩により従来液相
法などでは得られなかった新しい化合物半導体材料が得
られるようになった。その1つにInGaAlAsP材料があ
る。従来エピタキシャル成長は非常に困難と考えられて
いたが、近年の活発な研究開発により高品質なエピタキ
シャル層が得られるようになり、それを用いて種々のデ
バイス化もこころみられている。その一つに可視光半導
体レーザーがある。 可視光半導体レーザーは例えば高密度光ディスク等の
光源や、プラスチックファイバーの損失が0.6μm帯で
極小となることを利用しての短距離通信用光源としての
用途など光通信,光情報処理の分野で様々なものに応用
できる可能性を持っている。 InGaAlAsP材料でMOCVD法によりダブルヘテロタイプの
可視光半導体レーザーを作る場合、バンドギャップ等を
考慮して例えば第4図に示すようなInGaPを活性層、InA
lPをクラッドまたは光ガイド層、GaAsまたはInGaPをコ
ンタクト層とするような構造が考えられる。ここにおい
て特にInGaPコンタクト層16を第4図のようにInAlクラ
ッド層15とGaAsコンタクト層17の間にはさむことは著し
くこのレーザーの電流注入特性を向上させることが本発
明者等の研究によって明らかになっている。一方第4図
のような横モード制御された構造のレーザーを作るため
にはこのInGaPコンタクト層を制御性良くエッチング
し、しかもその後の2回目成長前処理エッチングの際に
はInGaP,InAlPのみならずGaAsも同時に制御良くエッチ
ングする技術が非常に重要となってくる。 しかるにInGaAlAsP系材料に関する化学エッチング方
法はほとんど知られておらず、In1-y(Ga1-xAlx)yPを硫
酸でエッチングする方法に関して報告されているに過ぎ
ない(文献第47回応用物理学会講演予稿集P164)。 この報告によると硫酸液を用いると温度60〜90℃の範
囲で上記結晶を表面の荒れもなくエッチングできる。 しかしこのエッチング方法によってもGaの組成が大き
くなるとエッチング速度は著しく減少する。またこのエ
ッチング液ではGaAsをエッチングすることはできない。
本発明者等が各種溶液を用いて実験したところInGaPは
塩酸によってエッチングされることが明らかになったが
エッチング速度を安定して制御することは困難で、これ
もGaAsをエッチングすることはできなかった。 このようにInGaAlP系の半導体材料を制御良くエッチ
ングすることは可視光半導体レーザーを製造する上で重
要なプロセスであるにもかかわらずほとんど研究開発が
なされていなかった。そのために横モード特性等のすぐ
れた可視光半導体レーザーを製造することを困難なもの
にしていた。 特にInGaPを制御性良くエッチングする方法、また上
記のような可視光半導体レーザーの特性を向上させる構
造を作る上で必要になる2回目成長前処理となるエッチ
ング方法の確立が望まれていた。 (発明が解決しようとする問題点) このようにInGaAlPのエッチング液についてはこれま
でほとんど知られておらずInGaAlPを制御性良くエッチ
ングするものの開発が必要であった。 本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところはIn1-s-tGasAltP(0≦s,t)なる化合
物半導体結晶のエッチングを制御性良く容易に行うこと
ができ、さらにエッチング速度のs,t,u依存性が小さい
半導体素子の製造方法を提供することにある。 〔発明の構成〕 (問題点を解決するための手段) 本発明の骨子はInGaAlPのエッチング液としてBr2また
はHBrまたはその両方に含む液を用いることにある。 本発明者等はIn1-s-tGasAltP(0≦s,t)なる化合物
半導体結晶をエッチングするものとして各種溶液を用い
て実験したところBr2を含んだエッチング液によってこ
のInGaAlAsPがエッチングされることと見出し、さら
に、HBrを含むことにより、エッチング速度が安定する
ことを見出した。 また本発明者等の研究及び実験の結果、液体Br2及びH
Brの飽和水溶液を用いた場合、BrのHBrに対する比が1:6
0から1:5までの範囲に設定すればs,t,uの値に依存しな
い十分なエッチング速度が得られ、さらにその時エッチ
ング液が水も含みBrの水に対する体積比が液体Br2を用
いたとして1:600から1:150までの範囲に設定すればエッ
チング表面の荒れも生じさせず安定したエッチング速度
でエッチングできることが明らかになった。 本発明はこのような点に着目し、In1-s-tGasAltP(0
≦s,t)を含む半導体素子の製造方法において該InGaAlP
をエッチングする液としてBr2またはHBrまたはその両方
を含む液を用いるようにした方法であり、望ましくはBr
2とHBrの両方を含みBr2のHBrの比を1:60から1:5までの
範囲に設定するようにし、更に望ましくはその時エッチ
ング液が水も含み、Br2の水に対する比が1:600から1:15
0までの範囲に設定するようにした方法である。 (作用) 上記方法によればIn1-s-tGasAltP(0≦s,t)をs,t,u
に対する依存度の少ないエッチング速度で安定にエッチ
ングでき、半導体素子の特性を向上させる製造方法を提
供できる。 (実施例) 以下本発明の詳細を実施例によって説明する。Br2とH
Brを含むエッチング液において、まず、GaAs,InAlP,InG
aPについてBr2の水に対する比によりエッチング速度が
どのように変化するか調べた。その結果第1図のような
エッチング特性が得られた。図のように各試料に対して
直線性良くエッチングされていることがわかる。例えば
Br2:HBr:H2O=1:17:300なる体積比の時エッチング速度
はInGaPに対して1.5(μm=min),InAlPに対して1.7
(μm/min),GaAsに対して2.0(μm/min)となる。 例えばInGaPについて横軸にBr2比、縦軸にエッチング
速度をとると第2図のようなグラフとなる。これからわ
かるようにBr2の水に対する比が1.0:150を越えるとBr2
比に対するエッチング速度の変化率が大きくなり、エッ
チング液を正確に作らないとエッチング速度を制御しに
くくなってくる。一方Br2の水に対する比を1.0:150以下
にすればエッチング速度を容易に制御できる。またBr2
は気化しやすいものであるが1.0:150以下の範囲で使え
ば経時変化にともなうエッチング速度の変化を小さくお
さえることも容易である。このような傾向はInGaP,GaAs
でもみられた。 エッチング表面に関してはInGaP,InAlPについて荒れ
ることはなかったがGaAsについてはBr2の水に対する比
が1:1000以下で荒れるのが判明した。 ところでBr2のHBrに対する比によりエッチング速度が
どう変化するかを求めたのが第3図である。これによる
とBr2の水に対する比が1:5〜1:60の範囲にあればInGaP,
InAlPに対してエッチング速度は大きな差を生じない。
またBr2のHBrに対する溶解についても問題はない。 これらのことから本実施例方法によればIn1-s-tGasAl
tP(0≦s,t)なる化合物半導体結晶をエッチングする
に際し、Br2とHBrと水を含み、Br2のHBrに対する体積比
を1:60〜1:5の範囲、Br2の水に対する比を1:600から1:1
50までの範囲とするエッチング液を用いることにより上
記結晶をs,tへの依存性が小さいエッチング速度でエッ
チングすることができる。またエッチング表面の荒れを
招くこともない。従ってInGaAlP材料を用いた半導体レ
ーザーの製造等に適用して絶大なる効果が得られる。 以下にInGaAlP材料を用いたリッジ導波型可視光半導
体レーザーを取り上げその製造工程において本件のエッ
チング方法を説明する。第5図(a)に示すようにN−
GaAs基板11上にN−GaAsバッファ層12,N−InAlPクラッ
ド層13,InGaP活性層14,P−InAlPクラッド層15,P−InGaP
コンタクト層16,及びP−GaAsコンタクト層17を順次成
長形成する。次に第5図(b)に示すようにコンタクト
層17上にSiO2等のストライプ状マスク18を形成し、本発
明に係るエッチング方法により第5図(c)のようにGa
Asコンタクト層17,InGaPコンタクト層16,及びInAlPクラ
ッド層15を一部残すまでエッチングする。すなわちBr2,
HBr,H2Oの体積比を例えば1:17:300とするエッチング液
によってこれらのコンタクト層及びクラッド層を同時に
エッチングするのである。 その後2回目の結晶成長を行い第5図(e)のように
N−GaAs埋めこみ層19を成長させる。エッチングから2
回目の結晶成長までを迅速に行えば前処理のためのエッ
チングは不要となる。これは本件のエッチング方法の特
徴の一つである。 さらにマスク18を除去したのちギャップ層20を3回目の
成長で作り、電極21,22をつけて第5図に示すようなリ
ッジ導波型可視光半導体レーザーが完成する。 本発明の他の実施例では先のリッジ導波型可視光半導
体レーザーの製造行程において第5図(b)から(c)
に至るまでを数回の工程に分けることも可能である。
GaAsコンタクト層17をエッチングする。InGaPコンタ
クト層16をエッチングする。InAlPクラッド層をエッ
チングする。2回目成長前処理エッチングを行う。と
いうように工程を記述した時、先の実施例ではこれら
からの工程を本件のエッチング方法のみで一度に行っ
たものである。他にの工程をSHエッチャントによって
行った後からまでを本件のエッチング方法のみで一
度に行うなどの選択を種々することが可能である。 の工程をSHエッチャントの工程を本エッチング液、
の工程を濃硫酸または濃リン酸の工程を本エッチン
グ液によるというようにすることも可能である。 なお本発明は上述した実施例方法に限定されるもので
はない。例えば本実施例ではInGaP,InAlP,GaAsという材
料を取り上げたがInGaAlPについても適用できる。またI
nGaAlPに電極等を蒸着する前処理エッチングとしても効
果がある。 その他本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することができる。 〔発明の効果〕 以上詳述したように本発明によればBr2またはその両
方を含む液により、In1-s-tGasAltP(0≦s,t)のエッ
チングをs,t,uへの依存性の小さいエッチング速度で制
御性良くエッチングすることができる。これを半導体レ
ーザーの製造方法等に適用した場合、素子の横モード特
性,寿命特性を向上させるなど半導体素子の特性向上に
絶大なる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】 第1図はInGaP,InAlP,GaAsに対するエッチング速度を求
めた時の特性図、第2図はInGaPに対するBr2比によるエ
ッチング速度の変化を求めた特性図、第3図はHBr比に
よるエッチング速度変化を求めた特性図,第4図はリッ
ジ型導波路を持つ半導体レーザーの概略を示す断面図、
第5図は上記レーザーの製造工程を示す断面図である。 11…N−GaAs基板、12…N−GaAsバッファ層 13…N−InAlPグラッド層 14…InGaP活性層 15…P−InAlPクラッド層 16…P−InGaPコンタクト層 17…P−GaAsコンタクト層 18…SiO2マスク 19…N−GaAs埋めこみ層 20…P−GaAsキャップ層 21…AuZn/Au電極 22…AuGe/Au電極

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.GaAs基板上にIn1-s-tGasAltP(0≦s,t)層を形成
    して半導体素子を製造するに際し、前記In1-s-tGasAltP
    層を、Br2,HBr及び水を含み、Br2の水に対する体積比が
    1:600から1:150までの範囲のエッチング液により化学エ
    ッチング処理することを特徴とする半導体素子の製造方
    法。
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