JP3470086B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3470086B2
JP3470086B2 JP2000173886A JP2000173886A JP3470086B2 JP 3470086 B2 JP3470086 B2 JP 3470086B2 JP 2000173886 A JP2000173886 A JP 2000173886A JP 2000173886 A JP2000173886 A JP 2000173886A JP 3470086 B2 JP3470086 B2 JP 3470086B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造方
法に関し、特にドライエッチングとエピタキシャル成長
とを組み合わせた複合プロセスに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device.
Related to the law, and in particular combined process which combines dry etching and epitaxial growth.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体レーザダイオードや量子細
線構造の製造工程において、エッチングと再成長を組み
合わせた微細構造作製技術の開発が活発化している。こ
れは結晶の一部を選択的にエッチングしそこに改めて周
りの結晶とは電気的,光学的に異なるエピタキシャル層
の成長を行うことで、所望の電子状態を実現しようとす
る技術である。このようなプロセスにおいては所望の形
状を制御性よく形成する技術とともに再成長界面の清浄
度を制御する技術の開発が重要な課題として注目されて
いる。特にAlGaAsに関してはAlが非常に酸化し
やすい材料であるため、表面に形成される酸化膜によっ
てエッチングが阻害され所望の形状が得られず、あるい
は再成長界面が汚染されるために再成長層の結晶品質が
著しく低下するなどの問題点が生じ、デバイス応用に際
して解決すべき重要な課題となっている。
2. Description of the Related Art In recent years, in the manufacturing process of semiconductor laser diodes and quantum wire structures, development of a fine structure manufacturing technique that combines etching and regrowth has been active. This is a technique for realizing a desired electronic state by selectively etching a part of a crystal and growing an epitaxial layer electrically and optically different from the surrounding crystal there. In such a process, the development of a technique for controlling the cleanliness of a regrowth interface as well as a technique for forming a desired shape with high controllability has attracted attention as an important issue. Especially with respect to AlGaAs, since Al is a material that is very easily oxidized, the oxide film formed on the surface prevents the desired shape from being obtained, or the regrown interface is contaminated. Problems such as a marked deterioration in crystal quality have arisen, which is an important issue to be solved in device application.

【0003】例えば特公平3−59576に従来のAl
GaAsのエッチング方法の一例とし以下に示す方法が
開示されている。即ち反応性ドライエッチングの手法を
用いてAlGaAsをエッチングする際にAlGaAs
の表面酸化を排除するため、AlGaAsに連続してG
aAs保護層をあらかじめ形成することでAlGaAs
表面の酸化膜の形成を未然に防止することができるとい
う方法である。反応性ドライエッチングを上記GaAs
保護層から開始することで初めてAlGaAsの良好な
エッチングができたと報告している。なお、AlGaA
sをHClガスを用いてガスエッチングする際に、Ga
Asキャップ層を採用することで、良好なエッチングが
可能である旨の記載は、上記公報の他、特開昭61−1
84892号公報にもなされている。
For example, Japanese Patent Publication No. 3-59576 discloses a conventional Al.
The following method is disclosed as an example of the GaAs etching method. That is, when AlGaAs is etched using the reactive dry etching method,
To eliminate the surface oxidation of Al
By forming an aAs protective layer in advance, AlGaAs
It is a method that can prevent the formation of an oxide film on the surface. Reactive dry etching was performed on GaAs
It is reported that good etching of AlGaAs can be achieved only by starting from the protective layer. In addition, AlGaA
When s is gas-etched using HCl gas, Ga
The description that good etching is possible by using the As cap layer is described in JP-A-61-1
It is also made in Japanese Patent No. 84892.

【0004】図34は例えば特公平3−55439に開
示された、第2の従来例である化合物半導体の気相エッ
チング方法を説明するための図である。図において、2
41は反応管、242は基板ホルダ、243は半導体基
板、244は抵抗加熱手段、245はバイパスパイプ、
246は低温領域、247は高温領域、248はエッチ
ングガス導入口をそれぞれ示している。
FIG. 34 is a diagram for explaining a vapor phase etching method for a compound semiconductor which is a second conventional example disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-55439. In the figure, 2
41 is a reaction tube, 242 is a substrate holder, 243 is a semiconductor substrate, 244 is a resistance heating means, 245 is a bypass pipe,
246 indicates a low temperature region, 247 indicates a high temperature region, and 248 indicates an etching gas introduction port.

【0005】このエッチング方法は半導体基板243を
低温領域246で保持し、ここでHClを半導体基板2
43表面に充分に吸着させた後、半導体基板243を高
温領域247に移動させ、一定時間保持した後再び低温
領域246に移動させることを1サイクルとしてエッチ
ングを施す方法である。この方法によれば、温度400
℃程度の低温領域246ではHClガスを供給してもエ
ッチングを生じることはなく、基板表面へのClの吸着
のみが生じる。しかる後、半導体基板を600℃以上の
高温領域247に移動させた際に吸着したClがGaC
3として半導体表面から脱離し1分子層の単位でエッ
チングが行われるため、制御性よくエッチングを行うこ
とができる。
In this etching method, the semiconductor substrate 243 is held in the low temperature region 246, where HCl is added to the semiconductor substrate 2
In this method, the semiconductor substrate 243 is moved to the high temperature region 247 after being sufficiently adsorbed on the surface of the substrate 43, held for a certain period of time, and then moved to the low temperature region 246 again as one cycle. According to this method, a temperature of 400
In the low temperature region 246 of about 0 ° C., even if HCl gas is supplied, etching does not occur, and only Cl is adsorbed on the substrate surface. Then, when the semiconductor substrate is moved to a high temperature region 247 of 600 ° C. or higher, Cl adsorbed is GaC.
Since it is desorbed from the semiconductor surface as l 3 and etching is performed in units of one molecular layer, etching can be performed with good controllability.

【0006】図35は例えばアプライドフィジックスレ
ターズ,1989年,55巻,2715〜2717ペー
ジ(Applied Physicss Letters, 55(1989), pp2715-271
7)に開示された、第3の従来例である量子細線レーザの
構造を示す断面構造図である。図において、250はn
+−GaAs基板、251はn−Aly Ga1-y As第
1クラッド層、252はAlx Ga1-x Asバリア層、
253はGaAs量子井戸層、254はAlx Ga1-x
Asバリア層、255はp−Aly Ga1-y As第2ク
ラッド層、256はp+−GaAsキャップ層、257
はTi/Au電極、258はイオン注入による高抵抗化
領域である。また259は量子細線が形成された活性領
域を示している。
FIG. 35 shows, for example, Applied Physics Letters, 55 (1989), pp2715-271, 55, pp. 2715-2717, 1989.
FIG. 7 is a sectional structural view showing a structure of a quantum wire laser which is a third conventional example disclosed in 7). In the figure, 250 is n
+ -GaAs substrate, 251 n-Al y Ga 1-y As first cladding layer, 252 is Al x Ga 1-x As barrier layer,
253 is a GaAs quantum well layer, 254 is Al x Ga 1-x
As barrier layer, 255 p-Al y Ga 1-y As second cladding layer 256 is p + -GaAs cap layer 257
Is a Ti / Au electrode, and 258 is a high resistance region by ion implantation. Reference numeral 259 indicates an active region in which quantum wires are formed.

【0007】この第3の従来例における半導体レーザ
は、V字型の溝を形成したn+−GaAs基板250上
にn−Aly Ga1-y As第1クラッド層251、Al
x Ga 1-x Asバリア層252,254とGaAsウ
ェル層253からなる活性層、p−Aly Ga1-y As
第2クラッド層255、及びP+−GaAsキャップ層
256を順次積層して形成されており、p−Aly Ga
1-y As第2クラッド層255の一部はイオン注入によ
り高抵抗化され電流狭窄層258を形成している。
Semiconductor laser according to the third conventional example
Is an n with a V-shaped groove formed+-On GaAs substrate 250
N-Aly Ga1-y As first cladding layer 251, Al
x Ga 1-x  As barrier layers 252 and 254 and GaAs
Active layer composed of a metal layer 253, p-Aly Ga1-y As
Second cladding layer 255, and P+-GaAs cap layer
It is formed by sequentially stacking 256, and p-Aly Ga
1-y A part of the As second cladding layer 255 is formed by ion implantation.
Therefore, the current confinement layer 258 is formed by increasing the resistance.

【0008】ここで活性層は通常の平面基板上では量子
井戸構造となるが、V字型の溝の底部付近では以下に示
す理由により量子細線構造が形成される。
Here, the active layer has a quantum well structure on a normal plane substrate, but a quantum wire structure is formed near the bottom of the V-shaped groove for the following reason.

【0009】図において半導体主面は(100)面であ
り、V字型の溝は[0/11]方向に通常の写真製版工
程とウェットエッチングの手法を用いて形成されてい
る。従ってV字溝の側面は(111)A面となる。典型
的なMOCVDの成長条件では(100)面上の成長速
度と、(111)A面上の成長速度とはほぼ等しいた
め、図35に示すようにV字溝に沿って各層が平行に成
長するような成長形態をとる。この時V字底部の先端部
は若干の丸みを帯びているため、部分的には(100)
面が露呈しておりV字底部の先端部のごく狭い領域にお
いては(100)面と垂直な方向に成長し、V字側面と
比較して膜厚が厚くなる。このようにしてGaAs量子
井戸層はV字底部において三日月型の量子細線259を
形成する。
In the figure, the semiconductor main surface is the (100) surface, and the V-shaped groove is formed in the [0/11] direction by the usual photolithography process and wet etching technique. Therefore, the side surface of the V-shaped groove is the (111) A surface. Under typical MOCVD growth conditions, the growth rate on the (100) plane is almost equal to the growth rate on the (111) A plane, so that the layers grow parallel to each other along the V-shaped groove as shown in FIG. Take the form of growth. At this time, the tip of the V-shaped bottom is slightly rounded, so it is partially (100)
The surface is exposed, and in a very narrow region of the tip of the V-shaped bottom, the film grows in the direction perpendicular to the (100) plane, and the film thickness becomes thicker than that of the V-shaped side surface. In this way, the GaAs quantum well layer forms a crescent-shaped quantum wire 259 at the V-shaped bottom.

【0010】図33は例えばジャパニーズジャーナルオ
ブアプライドフィジックス,1991年,30巻,L9
04〜L906ページ(Japanese Journal of Applied
Physics, Vol.30, (1991) ,pp.L904-L906) に開示され
た、第4の従来例であるレーザ発振端面に窓構造を有す
る高出力レーザの構造の一例を示す斜視図である。図に
おいて、231はp−GaAs基板、232はn−Ga
As電流ブロック層、233はp−Al0.33Ga0.67
sクラッド層、244はp−Al0.08Ga0.92As活性
層、235はn−Al0.33Ga0.67Asクラッド層、2
36はn−GaAsコンタクト層である。また237は
劈開により形成された(110)端面、238は劈開端
面237上に形成されたアンドープAl0.4Ga0.6As
窓層である。
FIG. 33 shows, for example, Japanese Journal of Applied Physics, 1991, volume 30, L9.
Pages 04-906 (Japanese Journal of Applied
FIG. 9 is a perspective view showing an example of a structure of a high-power laser having a window structure on a laser oscillation end face which is a fourth conventional example disclosed in Physics, Vol.30, (1991), pp.L904-L906). In the figure, 231 is a p-GaAs substrate, 232 is n-Ga.
As current blocking layer, 233 is p-Al 0.33 Ga 0.67 A
s clad layer, 244 is a p-Al 0.08 Ga 0.92 As active layer, 235 is an n-Al 0.33 Ga 0.67 As clad layer, 2
36 is an n-GaAs contact layer. Further, 237 is a (110) end face formed by cleavage, and 238 is an undoped Al 0.4 Ga 0.6 As formed on the cleaved end face 237.
It is a window layer.

【0011】次に上記従来の高出力レーザに採用されて
いる窓構造について説明する。AlGaAs系の高出力
レーザにおいては、レーザの発振端面において多くの表
面準位が形成されている。この表面準位の影響により端
面近傍はレーザ中央部と比較して、等価的にバンドギャ
ップの減少が生じている。従ってレーザ光の波長に対し
ては端面近傍領域は吸収領域となり、光出力増加に伴っ
て上記吸収領域での局所的発熱が大きくなる。バンドギ
ャップは温度の上昇に伴って縮小するため、レーザ光の
吸収はさらに増大し、温度上昇を引き起こすという正帰
還がかかり、ついには溶融破壊にいたる。この現象を光
学損傷といいAlGaAs系の高出力レーザにおいて深
刻な問題となっている。窓構造はレーザ発振端面近傍領
域にレーザの発振波長よりもバンドギャップの大きい領
域を設けることで、端面近傍での光吸収を減少させ上記
光学損傷を防止する目的で設けられている。
Next, the window structure adopted in the conventional high-power laser will be described. In the AlGaAs-based high-power laser, many surface levels are formed at the oscillation end face of the laser. Due to the influence of this surface level, the band gap is equivalently reduced in the vicinity of the end face as compared with the central part of the laser. Therefore, for the wavelength of the laser light, the region near the end face becomes an absorption region, and the local heat generation in the absorption region increases as the light output increases. Since the band gap shrinks as the temperature rises, the absorption of laser light further increases, and positive feedback that causes a temperature rise is applied, which eventually leads to melt fracture. This phenomenon is called optical damage and is a serious problem in AlGaAs high-power lasers. The window structure is provided for the purpose of reducing the optical absorption near the end face and preventing the above optical damage by providing a region having a band gap larger than the oscillation wavelength of the laser in the region near the laser oscillation end face.

【0012】上記従来の高出力レーザにおいては、窓構
造を形成するにあって以下に示す工程を施している。ま
ず通常のウェットエッチングとLPE成長を組み合わせ
てレーザ構造を作製する。即ち、p−GaAs基板23
1上にn−GaAs電流ブロック層232を結晶成長し
た後、素子中央部に電流ブロック層232を貫通し基板
231に達するストライプ状のV溝を形成する。この
後、ウエハ上にp−Al 0.33Ga0.67Asクラッド層2
33、p−Al0.08Ga0.92As活性層244、n−A
0.33Ga0.67Asクラッド層235、及びn−GaA
sコンタクト層236を順次結晶成長する。次にウェハ
を所望の厚みまで研磨した後、共振器長に相当する幅の
バー状に劈開する。典型的な高出力レーザでは共振器長
は300〜600μmである。次に劈開したウェハの共
振器端面に相当する部分に発振レーザ光のエネルギーバ
ンドギャップの大きい材料をMOCVD法により成長す
る。
In the above conventional high power laser, the window structure is
The following steps are performed in forming the structure. Well
Without combining normal wet etching and LPE growth
To produce a laser structure. That is, the p-GaAs substrate 23
Crystal growth of the n-GaAs current blocking layer 232 on
After passing through the current block layer 232 in the central part of the device,
A stripe-shaped V groove reaching 231 is formed. this
Then, p-Al on the wafer 0.33Ga0.67As clad layer 2
33, p-Al0.08Ga0.92As active layer 244, nA
l0.33Ga0.67As clad layer 235, and n-GaA
The s contact layer 236 is sequentially crystal-grown. Next wafer
After polishing to a desired thickness,
Cleave into bars. Cavity length for typical high power lasers
Is 300 to 600 μm. Next, the cleaved wafer
The energy bar of the lasing laser light is
A material with a large air gap is grown by MOCVD.
It

【0013】本従来例の場合、レーザ発振波長は830
nmであり、エネルギーに換算して約1.49eVであ
るので、窓層として約1.93eVのバンドギャップを
有するアンドープAl0.4Ga0.6 As層238を用い
ている。次に電極形成を行い最後に窓層端面のコーティ
ングを行った後、チップ分離を行いレーザチップとして
完成する。上記ジャパニーズジャーナルオブアプライド
フィジックス,1991年,30巻,L904〜L90
6ページには窓構造を採用することにより光学損傷が抑
制され高出力化と長寿命化を図ることができたと報告さ
れている。
In this conventional example, the laser oscillation wavelength is 830.
Since it is nm and is about 1.49 eV in terms of energy, an undoped Al 0.4 Ga 0.6 As layer 238 having a band gap of about 1.93 eV is used as the window layer. Next, electrodes are formed, and finally the end face of the window layer is coated, and then the chips are separated to complete a laser chip. The Japanese Journal of Applied Physics, 1991, Volume 30, L904-L90
It is reported on page 6 that by adopting a window structure, optical damage was suppressed and high output and long life could be achieved.

【0014】また、図36はIEEE ジャーナルオブ
カンタムエレクトロニクス,1987年,23巻,72
0ページ(IEEE J. of Quantum Elections Vol.23(198
7), 720ページ)に示された方法を用いた、第5の従来
例である半導体レーザの製造方法を示す断面工程図であ
る。図において、300はn−GaAs基板、301は
n−GaAsバッファ層、302はn−AlGaAsク
ラッド層、303はアンドープGaAs活性層、304
はp−AlGaAsクラッド層、305はn−GaAs
電流ブロック層、306はSiO2膜、307はp−A
lGaAs埋め込み層、308はp−GaAsコンタク
ト層である。
Further, FIG. 36 shows IEEE Journal of Quantum Electronics, 1987, 23, 72.
Page 0 (IEEE J. of Quantum Elections Vol.23 (198
7), p. 720) are sectional process drawings showing a method of manufacturing a semiconductor laser which is a fifth conventional example, using the method shown in FIG. In the figure, 300 is an n-GaAs substrate, 301 is an n-GaAs buffer layer, 302 is an n-AlGaAs cladding layer, 303 is an undoped GaAs active layer, 304
Is a p-AlGaAs cladding layer, 305 is n-GaAs
Current block layer, 306 is SiO 2 film, 307 is p-A
The 1GaAs buried layer and 308 are p-GaAs contact layers.

【0015】次に製造方法について説明する。まず、
(100)面を主面とするn−GaAs基板300上に
MOCVD法によりn−GaAsバッファ層301,n
−AlGaAsクラッド層302,アンドープGaAs
活性層303,p−AlGaAsクラッド層304,及
びn−GaAs電流ブロック層305を順次結晶成長し
た後、スパッタによりSiO膜306を電流ブロック層
305表面に成膜し、これを通常の写真製版プロセス等
を用いてパターニングしストライプ状の開口部を形成す
る(図36(a) )。開口部のストライプ方向は[0/1
1]である。
Next, the manufacturing method will be described. First,
The n-GaAs buffer layers 301, n are formed on the n-GaAs substrate 300 whose main surface is the (100) plane by MOCVD.
-AlGaAs cladding layer 302, undoped GaAs
After the crystal growth of the active layer 303, the p-AlGaAs cladding layer 304, and the n-GaAs current blocking layer 305 in order, a SiO film 306 is formed on the surface of the current blocking layer 305 by sputtering, and this is subjected to a normal photoengraving process or the like. Patterning is used to form stripe-shaped openings (FIG. 36 (a)). The stripe direction of the opening is [0/1
1].

【0016】次に、酒石酸系のエッチング液を用いてn
−GaAs電流ブロック層305をエッチングし、図3
6(b) のように溝を形成する。ここで、このウェットエ
ッチングでは溝の底部にn−GaAs電流ブロック層3
05をわずかに残す。これはGaAs電流ブロック層を
残さずエッチングした場合、露出したp−AlGaAs
クラッド層304が空気中及び水溶液中で酸化し、その
上に成長する結晶に悪影響を与えるため、これを防止す
るためである。なおこの溝側面には(111)A面が現
れる。
Next, using a tartaric acid type etching solution,
Etching the GaAs current blocking layer 305,
A groove is formed as shown in 6 (b). Here, in this wet etching, the n-GaAs current blocking layer 3 is formed on the bottom of the groove.
Leave 05 slightly. This is the exposed p-AlGaAs when the entire GaAs current blocking layer is etched.
This is because the cladding layer 304 oxidizes in air and in an aqueous solution and adversely affects the crystals grown on it, so that this is prevented. The (111) A plane appears on the side surface of the groove.

【0017】次に、ウエハをMOCVD室の反応管内に
セットし、反応管内にHClとAsH3 を流して残りの
n−GaAs電流ブロック層305を気相エッチングし
て除去する(図36(c) )。
Next, the wafer is set in the reaction tube of the MOCVD chamber, and HCl and AsH 3 are flown into the reaction tube to remove the remaining n-GaAs current blocking layer 305 by vapor phase etching (FIG. 36 (c)). ).

【0018】次に、上記気相エッチング工程に連続し
て、ウエハを空気をふれさせることなく反応管内におい
て溝内に選択的にp−AlGaAsクラッド層307を
MOCVDにより結晶成長させる。この際図36(d) の
ように、表面がフラットになるようには埋まらない。こ
れは、図37に示すように、側面の(111)A面と底
面の(100)面の両面から成長が始まり、側面とSi
O膜306が接したところから(100)表面に対して
約54°の角度をもつ(111)B面が形成され、この
図に示すようにウエハ上に凸の部分ができるからであ
る。
Next, following the vapor phase etching process, the p-AlGaAs cladding layer 307 is selectively grown by MOCVD in the groove in the reaction tube without exposing the wafer to air. At this time, as shown in FIG. 36 (d), the surface is not filled so as to be flat. This is because, as shown in FIG. 37, growth starts from both the (111) A plane on the side surface and the (100) plane on the bottom surface, and
This is because the (111) B plane having an angle of about 54 ° with respect to the (100) surface is formed from the position where the O film 306 is in contact, and a convex portion is formed on the wafer as shown in this figure.

【0019】最後にSiO膜306をHF系エッチング
液で除去した後、再びMOCVD法でp−GaAsコン
タクト層308を成長する。図36(e) に示すように、
p−GaAsコンタクト層を厚く成長しても表面の凸部
は平坦にはならない。
Finally, the SiO film 306 is removed with an HF-based etching solution, and then the p-GaAs contact layer 308 is grown again by MOCVD. As shown in FIG. 36 (e),
Even if the p-GaAs contact layer is grown thick, the convex portions on the surface do not become flat.

【0020】ところで、異種基板上の結晶成長技術は、
例えばSi電子デバイスと化合物半導体発光デバイスの
融合化等、より高度な情報処理手段実現のためのキーテ
クノロジーであり、多くの研究機関で精力的な研究が行
われている。特にSi基板上のGaAs成長技術は応用
範囲の広範さからその技術の確立が強く望まれている
が、GaAsとSiの熱膨張係数の違いに起因してGa
As層に大きなストレスが残留し、その結果GaAs層
にクラックが発生するといった問題点が未解決の問題と
して残されている。
By the way, the crystal growth technique on a heterogeneous substrate is
For example, it is a key technology for realizing more advanced information processing means such as fusion of a Si electronic device and a compound semiconductor light emitting device, etc., and many research institutions are actively conducting research. In particular, GaAs growth technology on Si substrate is strongly desired to be established due to its wide range of application. However, due to the difference in thermal expansion coefficient between GaAs and Si, Ga
There remains an unsolved problem that a large stress remains in the As layer, resulting in cracks in the GaAs layer.

【0021】図38は、例えば米国特許5145793
号に開示された、第6の従来例であるSi基板上GaA
s結晶成長方法におけるクラック発生の抑制方法を説明
するための断面構造図である。図において、501はS
i基板、502はボロンナイトライド膜(以下、BN膜
と称す)、503は第1のGaAs層、505は第2の
GaAs層、506は第3のGaAs層、504はメサ
溝である。
FIG. 38 shows, for example, US Pat. No. 5,145,793.
No. 6, which is a sixth conventional example, disclosed in Japanese Patent No.
FIG. 6 is a cross-sectional structure diagram for explaining a method of suppressing crack generation in the s crystal growth method. In the figure, 501 is S
i substrate, 502 is a boron nitride film (hereinafter referred to as BN film), 503 is a first GaAs layer, 505 is a second GaAs layer, 506 is a third GaAs layer, and 504 is a mesa groove.

【0022】まず、図38(a) に示すように、Si基板
501の第1の主面上に2μm以下の厚みの第1のGa
As層503をいわゆる2段階成長方法によって形成
し、その後、Si基板501の第2の主面上に常温でB
N膜502を形成する。ここで2段階成長法とは、50
0℃以下の低温で100〜400オングストローム程度
の低温バッファ層を形成し、しかる後GaAsの成長に
適した700℃程度の温度に昇温し、所望の厚みのGa
As層を成長させる方法であり、Si基板上のGaAs
成長に広く用いられている手法である。2段階成長法を
用いることでGaAsの3次元成長が抑制され、高品質
なエピタキシャル成長層が得られるという効果がある。
First, as shown in FIG. 38A, a first Ga having a thickness of 2 μm or less is formed on the first main surface of the Si substrate 501.
An As layer 503 is formed by a so-called two-step growth method, and then B is formed on the second main surface of the Si substrate 501 at room temperature.
An N film 502 is formed. Here, the two-step growth method is 50
A low temperature buffer layer of about 100 to 400 angstroms is formed at a low temperature of 0 ° C. or lower, and then the temperature is raised to a temperature of about 700 ° C. suitable for GaAs growth to obtain a Ga of a desired thickness.
This is a method for growing an As layer, and is GaAs on a Si substrate.
This method is widely used for growth. The use of the two-step growth method has the effect of suppressing the three-dimensional growth of GaAs and obtaining a high quality epitaxial growth layer.

【0023】次に、図38(b) に示すように、第1のG
aAs層503のデバイス作成領域に相当する部分を取
り囲むようにメサ溝504を形成する。メサ溝504は
通常のフォトリソグラフィーとウエットエッチングによ
って容易に形成できる。
Next, as shown in FIG. 38 (b), the first G
A mesa groove 504 is formed so as to surround a portion of the aAs layer 503 corresponding to the device formation region. The mesa groove 504 can be easily formed by ordinary photolithography and wet etching.

【0024】次に、このメサ溝504を形成したウエハ
を700〜800℃程度に昇温した後(図38(c) )、
ウエハ上に、図38(d) に示すように、デバイスの活性
層となる第2のGaAs層505,及び第3のGaAs
層506を順次通常のMOCVD法によって形成する。
この結晶成長では、メサ溝部に露出したSi基板501
表面上には自然酸化膜が形成されているためにGaAs
結晶は成長されず、GaAs層の選択成長が行なわれ
る。
Next, after the wafer on which the mesa groove 504 is formed is heated to about 700 to 800 ° C. (FIG. 38 (c)),
As shown in FIG. 38 (d), the second GaAs layer 505 and the third GaAs layer which will be the active layers of the device are formed on the wafer.
Layers 506 are sequentially formed by a conventional MOCVD method.
In this crystal growth, the Si substrate 501 exposed in the mesa groove portion
Since a natural oxide film is formed on the surface, GaAs
The crystal is not grown, and the GaAs layer is selectively grown.

【0025】本従来例においては、この後、第1のGa
As層503形成後に設けられたメサ溝504周辺部の
GaAs層を選択的に除去して、図38(e) に示すよう
に、メサ溝504より幅の広いメサ溝507を形成して
いる。第2,第3のGaAs層の成長工程において、メ
サ溝部に飛来した反応ガスはSi基板上には堆積せず、
メサ溝周辺部のGaAsの成長に消費される。このため
メサ溝周辺部では成長層が厚くなり、特にエッジ部分で
は鋭く盛り上がってしまう。この盛り上がり部分では、
機械的ストレスが集中するため、この部分からクラック
が発生してしまう。このような盛り上がり部分を選択的
に除去して形成されたのがメサ溝507である。
In the conventional example, after this, the first Ga
The GaAs layer around the mesa groove 504 provided after the formation of the As layer 503 is selectively removed to form a mesa groove 507 wider than the mesa groove 504, as shown in FIG. In the growth process of the second and third GaAs layers, the reaction gas flying to the mesa groove portion is not deposited on the Si substrate,
It is consumed for the growth of GaAs around the mesa groove. For this reason, the growth layer becomes thicker in the peripheral portion of the mesa groove, and the edge portion sharply rises. In this excitement,
Since mechanical stress concentrates, cracks will occur from this part. The mesa groove 507 is formed by selectively removing such a raised portion.

【0026】なお、本従来例においてSi基板の第2の
主面にBN膜502を形成しているのはウエハの反りを
抑制するためである。
The BN film 502 is formed on the second main surface of the Si substrate in this conventional example in order to suppress the warp of the wafer.

【0027】次に、本従来例の効果について説明する。
図40に示すように、Si基板上のGaAs成長層のク
ラックの発生とGaAs層の厚みとは密接に関係してい
る。
Next, the effect of this conventional example will be described.
As shown in FIG. 40, the occurrence of cracks in the GaAs growth layer on the Si substrate and the thickness of the GaAs layer are closely related.

【0028】すなわち、クラックはGaAs層の厚みが
3μm以上で発生し始め、GaAs層厚みの増加と共に
クラックの発生も増加する。これらクラックの発生状況
を調べたところ、大部分がウエハ端の異常成長を起点と
して発生することが明らかになった。そこで本従来例で
は、クラックがほとんど発生しない2μm以下の厚みの
第1のGaAs層503をまず成長し、次にデバイス領
域となる部分を囲むようにメサ溝504を形成した後、
デバイスの活性領域となる第2のGaAs層505,及
び第3のGaAs層506を形成するように構成してい
る。このように構成することで、ウエハ端からのクラッ
クはメサ溝504までは伝播するが、メサ溝504の内
側のエリアへは伝播せず、デバイス領域のクラック数を
抑制することができる。
That is, cracks start to occur when the thickness of the GaAs layer is 3 μm or more, and the number of cracks increases as the thickness of the GaAs layer increases. Examination of these crack occurrences revealed that most of them originated from abnormal growth at the wafer edge. Therefore, in this conventional example, first, a first GaAs layer 503 having a thickness of 2 μm or less in which almost no cracks are generated is first grown, and then a mesa groove 504 is formed so as to surround a portion to be a device region.
The second GaAs layer 505 and the third GaAs layer 506, which are the active regions of the device, are formed. With this configuration, cracks from the wafer edge propagate to the mesa groove 504 but do not propagate to the area inside the mesa groove 504, and the number of cracks in the device region can be suppressed.

【0029】[0029]

【発明が解決しようとする課題】次に、第1の従来例と
して示した特公平3−59576に開示されたAlGa
Asのエッチング方法における問題点について説明す
る。図30,及び図31は第1の従来例におけるAlG
aAsのエッチング方法の効果を確認するために行なっ
た実験のサンプル構造を説明するための断面構造図であ
る。これら図において、1は再成長GaAs層、2はA
x Ga1-x As層、23はGaAs基板、211は
GaAsキャップ層である。図30,図31に示す第
1,第2の2種類のサンプルをそれぞれ図30(a) 〜
(c) ,及び図31(a) 〜(c) の各工程に従って作製し
た。まず第1の結晶成長工程として、第1のサンプルで
は図30(a) に示すように、GaAs基板23上にAl
x Ga1-x As層2とGaAsキャップ層211をMO
CVD法によって連続して成長した。一方、第2のサン
プルでは図31(a) に示すように、GaAs基板23上
にAl x Ga1-x As層2のみをMOCVD法によっ
て成長した。各層の厚みはAlxGa1-x As層2が2
μm、GaAsキャップ層211が0.1μmである。
この後、上記2種類のサンプルを一度チャンバーより取
出し、空気中で数日間保管した。次工程においては、H
Clガスを用いたガスエッチングの手法を用いて、図3
0(b) 及び図31(b) に示すように、1μmのエッチン
グを施し、引き続き、同一チャンバー内で、図30(c)
及び図31(c) に示すように、通常のMOCVD法によ
り再成長GaAs層1を2μm成長した。
Next, the first conventional example and
AlGa disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-59576
The problems in the As etching method will be explained.
It 30 and 31 show AlG in the first conventional example.
Performed to confirm the effect of the etching method of aAs.
FIG. 3 is a cross-sectional structure diagram for explaining the sample structure of the experiment
It In these figures, 1 is a regrown GaAs layer, 2 is A
lx Ga1-x  As layer, 23 is GaAs substrate, 211 is
It is a GaAs cap layer. No. 1 shown in FIGS.
30 (a)-
(c) and the steps of FIGS. 31 (a)-(c)
It was First, as the first crystal growth step,
Is formed on the GaAs substrate 23 as shown in FIG.
x Ga1-x MO the As layer 2 and the GaAs cap layer 211.
It was continuously grown by the CVD method. Meanwhile, the second sun
In pull, as shown in FIG. 31 (a), on the GaAs substrate 23
To Al x Ga1-x  Only the As layer 2 is formed by the MOCVD method.
Grew up. The thickness of each layer is AlxGa1-x As layer 2 is 2
μm, and the GaAs cap layer 211 is 0.1 μm.
After this, take the above two types of samples once from the chamber.
It was taken out and stored in the air for several days. In the next step, H
Using the method of gas etching using Cl gas, FIG.
As shown in 0 (b) and FIG. 31 (b), 1 μm etch
30C in the same chamber.
And as shown in FIG. 31 (c), the conventional MOCVD method is used.
Regrown GaAs layer 1 was grown to 2 μm.

【0030】図32に上記2種類のサンプルのAlx
1-x As層2と再成長GaAs層1の界面,即ち再成
長界面近傍の不純物分析をSIMS分析の手法を用いて
行った結果について示す。図において、1は再成長Ga
As層、2はAlx Ga1-xAs層、3は再成長界面で
ある。図32(a) は図30に示した第1のサンプルのS
IMS分析結果を、図32(b) は図31に示した第2の
サンプルのSIMS分析結果をそれぞれ示している。図
に示すように2種類のサンプルとも再成長界面に酸素
(O),塩素(Cl)の偏析が認められた。また2種類
のサンプルについて再成長GaAs層の転移密度を調べ
たところ、第2のサンプルが5×108個/cm2、第1の
サンプルが5×105個/cm2であった。
FIG. 32 shows Al x G of the above two types of samples.
The results of the impurity analysis at the interface between the a 1-x As layer 2 and the regrown GaAs layer 1, that is, the vicinity of the regrown interface, using the SIMS analysis method are shown. In the figure, 1 is regrowth Ga
As layer, 2 is an Al x Ga 1-x As layer, and 3 is a regrowth interface. FIG. 32 (a) shows S of the first sample shown in FIG.
The IMS analysis result and FIG. 32 (b) show the SIMS analysis result of the second sample shown in FIG. 31, respectively. As shown in the figure, segregation of oxygen (O) and chlorine (Cl) was observed at the regrowth interface in both two types of samples. When the dislocation densities of the regrown GaAs layers were examined for the two types of samples, the second sample was 5 × 10 8 pieces / cm 2 , and the first sample was 5 × 10 5 pieces / cm 2 .

【0031】以上の結果は次のように解釈される。表面
酸化したAlx Ga1-x As層2よりエッチングを開
始した第2のサンプルではエッチング工程において表面
の酸化膜と塩素とが化合し、エッチング生成物としてウ
ェハ表面に付着,残留し、再成長界面3に偏析したもの
と考えられる。さらにこの酸素,塩素の再成長界面3へ
の偏析が再成長GaAs層1の結晶品質を著しく劣化さ
せる原因となっている。
The above results are interpreted as follows. In the second sample that started etching from the surface-oxidized Al x Ga 1-x As layer 2, the oxide film on the surface and chlorine were combined in the etching process, and adhered to and remained on the wafer surface as etching products and re-growth. It is considered that segregation occurred at the interface 3. Further, the segregation of oxygen and chlorine on the regrown interface 3 causes the crystal quality of the regrown GaAs layer 1 to be significantly deteriorated.

【0032】一方GaAsキャップ層211を設けた第
1のサンプルではGaAsキャップ層211によりAl
x Ga1-x As層2表面の酸化が抑制され、再成長界面
3における酸素と塩素の偏析が第2のサンプルと比較し
て低いレベルに抑えられており、キャップ構造を採用す
ることによる改善効果が確認できた。しかし依然として
再成長界面への酸素,塩素の偏析は生じており、再成長
GaAs層の転移密度も化合物半導体デバイスに要求さ
れる典型的な転移密度1×104個/cm2と比較して1桁
以上劣化していた。この結果はGaAsキャップ層表面
のわずかな酸化膜によっても再成長界面3への酸素,塩
素の蓄積が生じることを示している。
On the other hand, in the first sample provided with the GaAs cap layer 211, the GaAs cap layer 211 prevents Al from forming.
Oxidation of x Ga 1-x As layer 2 surface been suppressed, segregation of oxygen and chlorine at the regrowth interface 3 has been reduced to a low level compared with the second sample, improved by adopting a cap structure The effect was confirmed. However, segregation of oxygen and chlorine still occurs at the regrown interface, and the dislocation density of the regrown GaAs layer is 1 × 10 4 / cm 2 as compared with the typical dislocation density required for compound semiconductor devices. It was deteriorated by more than one digit. This result shows that even a slight oxide film on the surface of the GaAs cap layer causes accumulation of oxygen and chlorine at the regrown interface 3.

【0033】即ちGaAsキャップ構造を採用しただけ
では、AlGaAsの清浄なエッチングを得ることは困
難であり、特公平3−59576に開示された技術のみ
では清浄なエッチングと高品質な再成長GaAs層を得
ることは困難であるなどの問題点があった。
That is, it is difficult to obtain a clean etching of AlGaAs only by adopting the GaAs cap structure, and only the technique disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-59576 provides a clean etching and a high quality regrown GaAs layer. It was difficult to obtain.

【0034】次に第2の従来例として示した従来の化合
物半導体の気相エッチング方法における問題点について
説明する。第2の従来例における化合物半導体の気相エ
ッチング方法は上述のように構成されているので、高温
領域と低温領域との間でウェハの移動を繰り返さなけれ
ばならず、しかも基板温度が特定の温度となるまで一定
時間保持する必要があるために1サイクルのエッチング
にかかる時間が数分かかるなど、エッチングレートが極
めて遅く、実用的なプロセスではなかった。さらにGa
As表面からのAsの脱離とGaの脱離を独立に制御す
ることが困難であり、平滑なエッチングを行うことが困
難であるなどの問題点があった。
Next, problems in the conventional vapor phase etching method for compound semiconductors shown as the second conventional example will be described. Since the compound semiconductor vapor phase etching method in the second conventional example is configured as described above, the movement of the wafer must be repeated between the high temperature region and the low temperature region, and the substrate temperature must be a certain temperature. Since it needs to be held for a certain period of time until it becomes, it takes several minutes for one cycle of etching, and the etching rate is extremely slow, which is not a practical process. Further Ga
There is a problem that it is difficult to control the desorption of As and Ga from the As surface independently, and it is difficult to perform smooth etching.

【0035】次に第3の従来例として示した従来の量子
細線レーザにおける問題点について説明する。第3の従
来例における量子細線レーザは上述のように構成されて
いるので、次に示すような問題点があった。即ちレーザ
の活性領域を形成する量子細線が制御性よく形成できな
いという問題点である。第3の従来例においては(11
1)A面で構成されたV字溝にレーザ構造を埋め込む構
成になっており、そのV字底部のごく狭い領域のみに三
日月型の量子細線を形成するとしている。しか上述のよ
うに典型的なMOCVD法の成長条件では(111)A
面上の成長速度は(100)面上の成長速度とほぼ等し
いため、V字表面には量子井戸構造が形成され、この量
子井戸構造に連続して厚みの厚い三日月型の量子細線が
形成されるため、活性領域のとる電子状態は量子井戸と
量子細線の複合された電子状態となり、レーザの発振モ
ードも多モード型となる。さらに量子細線が量子井戸と
結合された構造となっているので、量子細線としての特
性を独立に引き出すことが困難である。従って第3の従
来例では同一の特性を有する量子細線を制御性,再現性
よく形成することは困難であるなどの問題点があった。
Next, problems with the conventional quantum wire laser shown as the third conventional example will be described. Since the quantum wire laser in the third conventional example is configured as described above, it has the following problems. That is, there is a problem that the quantum wires forming the active region of the laser cannot be formed with good controllability. In the third conventional example, (11
1) The structure is such that the laser structure is embedded in the V-shaped groove formed by the A-plane, and the crescent-shaped quantum wire is formed only in a very narrow region at the V-shaped bottom. However, as described above, under the growth conditions of the typical MOCVD method, (111) A
Since the growth rate on the plane is almost equal to the growth rate on the (100) plane, a quantum well structure is formed on the V-shaped surface, and a thick crescent-shaped quantum wire is formed continuously to this quantum well structure. Therefore, the electronic state of the active region is a composite electronic state of quantum wells and quantum wires, and the laser oscillation mode is also multimode. Furthermore, since the quantum wire has a structure coupled to the quantum well, it is difficult to independently derive the characteristics of the quantum wire. Therefore, the third conventional example has a problem that it is difficult to form quantum wires having the same characteristics with good controllability and reproducibility.

【0036】次に第4の従来例として示した従来の高出
力レーザにおける問題点について説明する。第4の従来
例における高出力レーザは上述のように構成されてお
り、レーザの基本構造を構成する結晶成長工程を終了し
た後、ウェハを所望の厚みまで研磨し、次に共振器長に
相当する幅のバー状に劈開し、次に劈開したウェハの共
振器端面に相当する部分に窓層をMOCVD法により成
長し、次に電極形成を行ない、最後に窓層端面のコーテ
ィングを行なったのちチップ分離を行うという複雑な工
程により作製されている。通常半導体レーザの製造工程
は、量産性,再現性を確保するために電極形成まではウ
ェハ状態のまま行なわれる。即ち、共振器長に相当する
幅のバー状に劈開したウェハの共振器端面に相当する部
分に窓層を形成するという第4の従来例に示された方法
は極めて量産性に乏しく、工業的に有用な製造方法とは
考えにくい。さらに劈開により共振器端面を形成した後
に窓層をMOCVD法によって形成する場合、劈開を空
気中で行うかぎり共振器端面はすぐに酸化し表面準位を
形成する。すでに表面準位を形成した共振器端面上に窓
層を形成しても所望の効果を得ることは困難であり、所
望の効果を得るためには劈開から窓層成長までの工程を
不活性ガス中か真空中で行なう必要があるなどの問題点
があった。
Next, the problem with the conventional high-power laser shown as the fourth conventional example will be described. The high-power laser in the fourth conventional example is configured as described above, and after the crystal growth step constituting the basic structure of the laser is completed, the wafer is polished to a desired thickness, and then the resonator length is equivalent to After cleaving into a bar shape having a width corresponding to the following, a window layer is grown on the portion corresponding to the cavity end face of the cleaved wafer by MOCVD method, then electrodes are formed, and finally the window layer end face is coated. It is manufactured by a complicated process of separating chips. Normally, in the manufacturing process of a semiconductor laser, in order to secure mass productivity and reproducibility, electrodes are formed in a wafer state. That is, the method shown in the fourth conventional example in which a window layer is formed in a portion corresponding to the resonator end face of a wafer cleaved in a bar shape having a width corresponding to the resonator length is extremely poor in mass productivity and is industrially difficult. Is unlikely to be a useful manufacturing method. Further, when the window layer is formed by MOCVD after the cavity end face is formed by cleavage, the cavity end face is immediately oxidized to form a surface level as long as the cleavage is performed in air. It is difficult to obtain the desired effect even if the window layer is formed on the cavity end face where the surface level has already been formed, and in order to obtain the desired effect, the steps from cleavage to window layer growth must be performed with an inert gas. There was a problem that it had to be performed in a medium or vacuum.

【0037】上記第4の従来例がこのような複雑な工程
を用いて構成されている理由を次に示す。レーザの共振
器端面はレーザ光の反射端面でもあり、光学的に極めて
平坦な面で形成されている必要がある。さらに共振器方
向に垂直な平面である必要もある。その結果半導体の主
面を(100)面とし(100)面と垂直な劈開面を共
振器端面とする従来の製造方法が提案され、一般的な製
造方法として確立されるに至った。しかし半導体レーザ
の高出力化,多機能化が進むにつれウェハ状態のままで
レーザの共振器端面を形成する技術の確立が強く望まれ
るようになり、例えばリアクティブイオンエッチング法
(RIE法)などのドライエッチングの手法を用いた端
面形成法が開発されつつある。しかし現状のRIE法で
は垂直なエッチングは可能であるが、イオンの衝突によ
る物理的なダメージが共振器端面の結晶品質を劣化させ
るなどの問題が生じている。さらには劈開面と同等レベ
ルの平坦性を確保することが困難であり、RIE法によ
る端面形成技術の確立には至っていない。以上の理由に
より現有の技術ではレーザ発振端面は劈開により形成せ
ざるを得ないため、端面窓構造を有する高出力レーザの
製造方法は、上記第4の従来例のようにウェハを劈開し
た後に窓層を形成するという複雑な製造方法となってい
る。
The reason why the fourth conventional example is constructed by using such complicated steps will be described below. The cavity end surface of the laser is also a reflection end surface of the laser light and needs to be formed as an optically extremely flat surface. Furthermore, it must be a plane perpendicular to the cavity direction. As a result, a conventional manufacturing method has been proposed in which the main surface of the semiconductor is the (100) surface and the cleavage plane perpendicular to the (100) surface is the resonator end surface, and it has been established as a general manufacturing method. However, as semiconductor lasers have become more powerful and multifunctional, it has become strongly desired to establish a technique for forming a laser cavity end face in a wafer state. For example, a reactive ion etching method (RIE method) or the like is required. An end face forming method using a dry etching method is being developed. However, although vertical etching is possible with the current RIE method, there is a problem that physical damage due to collision of ions deteriorates the crystal quality of the end face of the resonator. Furthermore, it is difficult to secure the flatness of the same level as that of the cleaved surface, and the end face forming technique by the RIE method has not been established yet. For the above-mentioned reason, in the existing technology, the laser oscillation end face must be formed by cleavage. Therefore, the method of manufacturing a high-power laser having an end face window structure is similar to the fourth conventional example, in that after the wafer is cleaved, the window is cut. This is a complicated manufacturing method of forming layers.

【0038】次に第5の従来例として示した従来の半導
体レーザの製造方法における問題点について説明する。
第5の従来例における半導体レーザの製造方法は以上の
ように構成されているので、表面上に凸部ができ、結晶
成長後のプロセス、例えば上部電極のパターニング等に
おける写真製版ができなくなるという問題点があり、ま
た、この方法により製造された半導体レーザをジャンク
ションダウン(Junction-down )即ち、ヒートシンク上
にp−GaAsコンタクト層側をヒートシンクとの当接
面として組み立てた場合、活性層に圧縮ストレスがかか
りレーザの信頼性に影響するという問題点があった。
Next, problems in the conventional method for manufacturing a semiconductor laser shown as the fifth conventional example will be described.
Since the semiconductor laser manufacturing method of the fifth conventional example is configured as described above, there is a problem in that a convex portion is formed on the surface, and photolithography cannot be performed in the process after crystal growth, for example, patterning of the upper electrode. In addition, when the semiconductor laser manufactured by this method is assembled as a junction-down, that is, when the p-GaAs contact layer side is assembled on the heat sink as the contact surface with the heat sink, compressive stress is applied to the active layer. However, there is a problem in that it affects the reliability of the laser.

【0039】次に第6の従来例として示した従来の結晶
成長方法における問題点について説明する。従来のSi
基板上GaAs結晶成長方法は以上のように構成されて
いるので、次に示すような問題点があった。図39は従
来のSi基板上GaAs結晶成長方法の問題点を説明す
るための図である。図において、510はGaAs層、
511はクラックを示している。我々の詳細な実験によ
ると、従来の技術の項でも述べたようにGaAs層のク
ラックの大部分はウエハ端より発生しており、本従来例
におけるメサ構造により、ウエハ端で発生したクラック
はほぼ全数メサ溝504で分断され、デバイスエリアへ
は貫通しないことを確認した。しかし、5cm×5cmのメ
サ溝領域内に十数本のクラックが発生し、完全には抑制
できないという問題点に直面した。このようなクラック
の発生原因を詳細に調べたところ、図39(b) に示す菱
形状のピットを起点として発生していることが明らかに
なった。さらに、この菱形状のピットは第1のGaAs
503層と第2のGaAs層505の界面より発生して
いることも確認した。
Next, problems in the conventional crystal growth method shown as the sixth conventional example will be described. Conventional Si
Since the GaAs crystal growth method on the substrate is configured as described above, it has the following problems. FIG. 39 is a diagram for explaining the problems of the conventional GaAs crystal growth method on the Si substrate. In the figure, 510 is a GaAs layer,
Reference numeral 511 indicates a crack. According to our detailed experiments, most of the cracks in the GaAs layer are generated from the wafer edge as described in the section of the related art. Due to the mesa structure in this conventional example, the cracks generated at the wafer edge are almost the same. It was confirmed that all were divided by the mesa groove 504 and did not penetrate into the device area. However, I faced the problem that a dozen or more cracks were generated in the 5 cm × 5 cm mesa groove region and could not be completely suppressed. When the cause of such a crack was investigated in detail, it became clear that the crack originated from the diamond-shaped pit shown in FIG. 39 (b). Furthermore, the diamond-shaped pits are the first GaAs
It was also confirmed that it was generated from the interface between the 503 layer and the second GaAs layer 505.

【0040】この菱形状のピットが発生した原因は次の
ように説明される。すなわち、第1のGaAs層503
を成長させた後、フォトリソグラフィーとウエットエッ
チングによってメサ溝504を形成するが、このとき塗
布したレジストが完全に除去されず、不純物としてウエ
ハ表面に残留し、ピットの原因になったと考えられる。
一般にGaAs層はSi基板より表面クリーニングが困
難であり、一旦レジスト塗布等によって汚染されたGa
As層を清浄な状態にクリーニングするのは極めて困難
である。しかし、ウエハ端より発生するクラックの伝播
を遮断するためには、メサ溝504等によりデバイス領
域をウエハ端より孤立させる必要がある。
The reason why the diamond-shaped pits are generated is explained as follows. That is, the first GaAs layer 503
After the growth, the mesa groove 504 is formed by photolithography and wet etching, but it is considered that the resist applied at this time is not completely removed and remains as an impurity on the wafer surface, causing pits.
Generally, it is more difficult to clean the surface of the GaAs layer than the Si substrate, and the Ga is once contaminated by resist coating or the like.
It is extremely difficult to clean the As layer. However, in order to block the propagation of cracks generated from the wafer edge, it is necessary to isolate the device region from the wafer edge by the mesa groove 504 and the like.

【0041】一方、上記問題点の解決策としてあらかじ
め絶縁膜によりパターニングしたSi基板上へのGaA
s成長も試みられたが、低温バッファ層成長時に絶縁膜
上へのポリクリスタルの析出が生じるという問題点が新
たに発生した。一般に低温バッファ層を成長させるよう
な500℃以下の温度領域においては良好な選択成長を
行うことは困難であり、絶縁膜上にポリクリスタルが析
出する。このポリクリスタル上に続けて700℃程度の
温度でGaAs層を成長すると新たなポリクリスタルの
成長が生じ、結果としてウエハ全面の結晶はつながった
状態になり、絶縁膜によりパターニングしたエリア内だ
けを孤立化させることはできない。このためウエハ端よ
り発生したクラックは、絶縁膜上のポリクリスタルを伝
播し、デバイスエリア内まで貫通する。
On the other hand, as a solution to the above problems, GaA on a Si substrate patterned in advance with an insulating film is used.
Although s growth was also attempted, a new problem occurred that polycrystals were deposited on the insulating film during the growth of the low temperature buffer layer. In general, it is difficult to perform good selective growth in a temperature range of 500 ° C. or lower where a low temperature buffer layer is grown, and a polycrystal is deposited on the insulating film. When a GaAs layer is continuously grown on this polycrystal at a temperature of about 700 ° C., a new polycrystal grows. As a result, the crystals on the entire surface of the wafer are connected, and only the area patterned by the insulating film is isolated. It cannot be turned into Therefore, the crack generated from the wafer edge propagates through the polycrystal on the insulating film and penetrates into the device area.

【0042】以上のような理由によりSi基板上のGa
As成長において、ウエハ端からのクラックの伝播を抑
制するためには本従来例のような構成にしなければなら
ず、結果として菱形状のピットが発生し、クラックの完
全な抑制は実現できないという問題点があった。
For the above reasons, Ga on the Si substrate is
In As growth, in order to suppress the propagation of cracks from the wafer edge, the structure of this conventional example must be adopted, resulting in the formation of diamond-shaped pits, which makes it impossible to completely suppress cracks. There was a point.

【0043】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、ドライエッチングの一手法であ
るガスエッチングとMOCVD法による結晶成長を組み
合わせた半導体装置の製造方法において、AlGaAs
の清浄なエッチングができるとともに再成長界面に不純
物が偏析しない半導体装置の製造方法を提供することを
目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and in a method of manufacturing a semiconductor device in which gas etching, which is one method of dry etching, and crystal growth by MOCVD are combined, AlGaAs is used.
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device, which can perform the clean etching, and in which impurities are not segregated at the regrowth interface.

【0044】また、この発明は、AlGaAsを塩素系
エッチングガスを用いてドライエッチングする際に、劈
開面と比較しても遜色のない平滑なエッチング面を得る
ことを目的とする。
Another object of the present invention is to obtain a smooth etching surface which is comparable to the cleavage surface when dry-etching AlGaAs using a chlorine-based etching gas.

【0045】また、この発明は、一原子層単位で制御で
きるとともに、平滑なエッチング面が得られる化合物半
導体のエッチング方法とこのエッチングを行なうに適し
た製造装置を提供することを目的とする。
It is another object of the present invention to provide a method of etching a compound semiconductor which can be controlled in units of one atomic layer and which can provide a smooth etching surface, and a manufacturing apparatus suitable for performing this etching.

【0046】また、この発明は、極めて均一に制御され
た量子細線構造の製造方法を提供することを目的とす
る。
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a quantum wire structure which is extremely uniformly controlled.

【0047】また、この発明は、レーザの共振器に対し
て垂直でしかも光学的にも極めて平坦で鏡面性に優れ、
かつ物理的ダメージのない共振器端面をエッチングによ
り実現できる半導体レーザの製造方法を提供し、さらに
この方法を応用した窓構造を有する高出力レーザの製造
方法を提供することを目的とする。
Further, according to the present invention, the mirror is perpendicular to the resonator of the laser, is extremely flat optically, and has excellent specularity.
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor laser that can realize a cavity end face without physical damage by etching, and further provide a method for manufacturing a high-power laser having a window structure to which this method is applied.

【0048】また、この発明は、埋め込み成長後の表面
をフラットな状態とでき、結晶成長工程後の製造プロセ
スを容易とでき、ジャンクションダウンで組み立てた場
合でも信頼性の高い半導体レーザを作製できる半導体レ
ーザの製造方法を得ることを目的とする。
Further, according to the present invention, the surface after embedded growth can be made flat, the manufacturing process after the crystal growth step can be facilitated, and a semiconductor laser having high reliability can be manufactured even when assembled by junction down. It is an object to obtain a laser manufacturing method.

【0049】また、この発明は、絶縁膜によるパターニ
ングを施した基板上に500℃以下の低温でも良好な選
択成長が得られる結晶成長方法を得ることを目的として
おり、さらにこの技術を用いて、異種基板上への結晶成
長において、クラックの発生を完全に抑制することので
きる結晶成長方法を得ることを目的としている。
Another object of the present invention is to provide a crystal growth method capable of obtaining good selective growth even at a low temperature of 500 ° C. or lower on a substrate patterned by an insulating film, and further using this technique, It is an object of the present invention to obtain a crystal growth method capable of completely suppressing the occurrence of cracks in crystal growth on a heterogeneous substrate.

【0050】[0050]

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置の製造方法は、Alを構成元素として含む化合物半導
体上に連続してAlを含まない化合物半導体保護層を形
成する第1の工程と、上記化合物半導体保護層上に絶縁
膜による選択マスクを形成する第2の工程と、第2の工
程を終えた半導体ウェハを硫化アンモニウム溶液に浸漬
する第3の工程と、反応管内において塩素系ガスを用い
ドライエッチングを施す第4の工程と、上記反応管内
において上記第4の工程によって作製された微細構造を
MOCVDの手法を用いて化合物半導体層で埋め込む第
5の工程とを含むものである。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is directed to a compound semiconductor containing Al as a constituent element.
The first step of continuously forming a compound semiconductor protective layer containing no Al on the body , the second step of forming a selective mask of an insulating film on the compound semiconductor protective layer, and the second step are completed. A third step of immersing the semiconductor wafer in an ammonium sulfide solution, a fourth step of performing dry etching using a chlorine-based gas in the reaction tube, and a microstructure manufactured by the fourth step in the reaction tube Is embedded in the compound semiconductor layer by using the MOCVD method.

【0051】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、Alを構成元素として含む化合物半導体上に連続
してAlを含まない化合物半導体保護層を形成する第1
の工程と、上記化合物半導体保護層上に絶縁膜による選
択スマクを形成する第2の工程と、反応管内において上
記化合物半導体保護層の表面酸化膜を除去する第3の工
程と、上記反応管内において塩素系ガスを用いてドライ
エッチングを施す第4の工程と、上記反応管内において
上記第4の工程によって作製された微細構造をMOCV
Dの手法を用いて化合物半導体層で埋め込む第5の工程
とを含むものである。
[0051] The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first to form a compound semiconductor protective layer containing no Al continuously in compound semiconductors on containing as a constituent element Al
In the reaction tube, a second step of forming a selective smear by an insulating film on the compound semiconductor protective layer, a third step of removing the surface oxide film of the compound semiconductor protective layer in the reaction tube, The fourth step of performing dry etching using a chlorine-based gas and the fine structure produced by the fourth step in the reaction tube are subjected to MOCV.
A fifth step of embedding a compound semiconductor layer by using the method of D.

【0052】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、上記Alを構成元素として含む化合物半導体がA
x Ga 1-x As(0≦x≦1)であって、上記第4の
工程における塩素系ガスを用いたドライエッチングは、
塩素系エッチングガスとV族ガスと水素ガスとを同時に
供給することにより行ない、上記塩素系エッチングガス
としてHClガス又はCl2ガスを用い、上記V族ガス
としてアルシン(AsH3)ガス,ターシャリブチルア
ルシン(C49AsH2)ガス,又はトリメチルアルシ
ン((CH33As)ガスのいずれかを用い、かつ、
記V族ガスの分圧を8×10-3Torr以上0.08T
orr以下とし上記エッチングガス流量に対する上記
V族ガス流量の比を0.25以上2.5以下として行
うものである。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the compound semiconductor containing Al as a constituent element is A
l x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1) and the fourth
Dry etching using chlorine gas in the process
Rows that have by supplying chlorine-based etching gas and the group V gas and the hydrogen gas at the same time, using HCl gas or Cl 2 gas as the chlorine-based etching gas, arsine (AsH 3) as a group V gas gas, tertiary Either a butyl arsine (C 4 H 9 AsH 2 ) gas or a trimethyl arsine ((CH 3 ) 3 As) gas is used, and the partial pressure of the group V gas is 8 × 10 −3 Torr or more. 08T
and orr following a row of <br/> Umono by the ratio of the group V gas flow rate to the etching gas flow rate was 0.25 to 2.5.

【0053】[0053]

【0054】[0054]

【0055】[0055]

【0056】[0056]

【0057】[0057]

【作用】この発明に係る半導体装置の製造方法において
は、Alを構成元素として含む化合物半導体に連続して
Alを含まない化合物半導体保護層を形成し、上記保護
層上に絶縁膜による選択マスクを形成した後、半導体ウ
ェハを硫化アンモニウム溶液に浸漬し、その後、反応管
内において塩素系ガスを用いてドライエッチングを行な
い、上記反応管内において上記ドライエッチング工程に
よって作製された微細構造をMOCVDの手法を用いて
化合物半導体層で埋め込むようにしたので、不純物の偏
析しない良好な再成長界面が得られ、再成長層の結晶品
質を向上できる。
[Action] In the method of manufacturing a semiconductor device according to the invention, to continue with the compound semiconductor containing as a constituent element Al to form a compound semiconductor protective layer containing no Al, selection mask by an insulating film on the protective layer after forming the, by immersing the semiconductor wafer in the ammonium sulfide solution, then subjected to dry etching using a chlorine-based gas in the reaction tube, the technique of MOCVD microstructure produced by the above dry etching process in the reaction tube Since the compound semiconductor layer is used for filling, a good regrowth interface without segregation of impurities can be obtained, and the crystal quality of the regrowth layer can be improved.

【0058】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法においては、Alを構成元素として含む化合物半導体
に連続してAlを含まない化合物半導体保護層を形成
し、上記保護層上に絶縁膜による選択マスクを形成した
後、半導体ウェハを反応管内にセットし、該反応管内に
おいて上記保護層の表面酸化膜を除去し、その後、反応
管内において塩素系ガスを用いてドライエッチングを行
ない、上記反応管内において上記ドライエッチング工程
によって作製された微細構造をMOCVDの手法を用い
て化合物半導体層で埋め込むようにしたので、不純物の
偏析しない良好な再成長界面が得られ、再成長層の結晶
品質を向上できる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the compound semiconductor containing Al as a constituent element.
Continuous to form a compound semiconductor protective layer that does not contain Al, after forming a selective mask by an insulating film on the protective layer, and set the semiconductor wafer in the reaction tube, the surface of the protective layer in the reaction tube After removing the oxide film, dry etching is performed in the reaction tube using a chlorine-based gas, and the fine structure formed by the dry etching step in the reaction tube is embedded with the compound semiconductor layer using the MOCVD method. Therefore, a good regrowth interface without segregation of impurities can be obtained, and the crystal quality of the regrowth layer can be improved.

【0059】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法においては、上記Alを構成元素として含む化合物半
導体がAl x Ga 1-x As(0≦x≦1)であって、上記
塩素系ガスを用いたドライエッチングは、塩素系エッチ
ングガスとV族ガスと水素ガスとを同時に供給すること
により行なうガスエッチングの手法を用い、上記塩素系
エッチングガスとしてHClガス又はCl2ガスを用
い、上記V族ガスとしてアルシン(AsH3)ガス,タ
ーシャリブチルアルシン(C49AsH2)ガス,又は
トリメチルアルシン((CH33As)ガスのいずれか
を用い、かつ、上記V族ガスの分圧を8×10-3Tor
r以上0.08Torr以下とし、上記エッチングガス
流量に対する上記V族ガス流量の比を0.25以上2.
5以下として行なうようにしたので、極めて平滑なエッ
チング面が得られるとともに、エッチング面へのダメー
ジをも防止することができる。
Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the compound semiconductor containing Al as a constituent element is used.
The conductor is Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1), and
Dry etching using a chlorine-based gas uses a gas etching method that is performed by simultaneously supplying a chlorine-based etching gas, a group V gas, and a hydrogen gas, and uses HCl gas or Cl 2 gas as the chlorine-based etching gas. Any of arsine (AsH 3 ) gas, tert-butylarsine (C 4 H 9 AsH 2 ) gas, or trimethylarsine ((CH 3 ) 3 As) gas is used as the group V gas, and the group V gas is used. Gas partial pressure is 8 × 10 -3 Tor
and r least 0.08Torr less, the ratio of the group V gas flow rate with respect to the upper Symbol etching gas flow rate less than 0.25 2.
Since 5 so as to line Nau below, with very smooth etching surface can be obtained, it is possible to prevent damage to the etched surface.

【0060】[0060]

【0061】[0061]

【0062】[0062]

【0063】[0063]

【0064】[0064]

【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は本発明の第
1の実施例による半導体装置の製造方法を示す断面工程
図であり、図において、23はGaAs基板、2はGa
As基板23上に結晶成長されたAlGaAs層、11
はAlGaAs層2上にAlGaAs層2の結晶成長に
連続して結晶成長されたGaAsキャップ層である。1
2はGaAs層11表面に形成された酸化膜、21はS
iN膜パターン、13は硫黄膜、1は再成長GaAs層
である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiment 1. 1 is a cross-sectional process diagram showing a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, in which 23 is a GaAs substrate and 2 is Ga.
AlGaAs layer grown on As substrate 23, 11
Is a GaAs cap layer formed on the AlGaAs layer 2 by successive crystal growth of the AlGaAs layer 2. 1
2 is an oxide film formed on the surface of the GaAs layer 11, 21 is S
An iN film pattern, 13 is a sulfur film, and 1 is a regrown GaAs layer.

【0065】次に本実施例による半導体装置の製造方法
の工程について説明する。
Next, the steps of the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described.

【0066】まず第1の結晶成長工程としてGaAs基
板23上にAlx Ga1-x As層2とGaAsキャッ
プ層11をMOCVD方法により成長した。各層の厚み
はAlx Ga1-x As層が2μm、GaAsキャップ
層が0.1μmである。上記サンプルは一度チャンバに
より取り出し、空気中で数日間保管した。この保管の間
にサンプルのGaAs層11表面には僅かながら酸化膜
12が形成される。この状態を図1(a) に示す。次に図
1(b) に示すようにサンプル表面上に所望形状のSiN
膜パターン21を形成する。次に上記サンプルを硫化ア
ンモニウム溶液に浸漬処理する。本実施例では硫化アン
モニウム溶液として(NH42S溶液を用い、60℃で
3時間浸漬した。この工程によりGaAs層11表面の
酸化膜12のうち、SiN膜パターン21に覆われてい
ない部分はエッチング除去され、図1(c) に示すように
硫黄膜13が形成される。次にMOCVDのチャンバに
ウェハをセットし、水素雰囲気中において450℃の温
度で30分間熱処理をした。次にAsH3 とHClとH
2 の混合ガスを用いて、図1(d) に示すように、SiN
膜パターン21をエッチングマスクとして深さ1μmの
エッチングを行ない、引き続いて同一チャンバ内でGa
As層1を成長した。
First, as the first crystal growth step, the Al x Ga 1-x As layer 2 and the GaAs cap layer 11 were grown on the GaAs substrate 23 by the MOCVD method. The thickness of each layer is 2 μm for the Al x Ga 1-x As layer and 0.1 μm for the GaAs cap layer. The sample was removed once from the chamber and stored in air for several days. During this storage, a slight oxide film 12 is formed on the surface of the GaAs layer 11 of the sample. This state is shown in Fig. 1 (a). Next, as shown in Fig. 1 (b), SiN of the desired shape was formed on the sample surface.
The film pattern 21 is formed. Next, the sample is immersed in an ammonium sulfide solution. In this example, a (NH 4 ) 2 S solution was used as an ammonium sulfide solution and immersed at 60 ° C. for 3 hours. By this step, the portion of the oxide film 12 on the surface of the GaAs layer 11 which is not covered with the SiN film pattern 21 is removed by etching, and the sulfur film 13 is formed as shown in FIG. 1 (c). Next, the wafer was set in a MOCVD chamber and heat-treated at a temperature of 450 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere. Next, AsH 3 , HCl and H
As shown in FIG. 1 (d), using the mixed gas of 2 as shown in FIG.
Etching is performed to a depth of 1 μm using the film pattern 21 as an etching mask, and then Ga in the same chamber is continued.
As layer 1 was grown.

【0067】図2は上述の工程に従って作製したサンプ
ルの再成長界面近傍(図1(e) のII−II線断面)の不純
物分析をSIMS分析の手法を用いて行なった結果であ
る。図において、1は再成長GaAs層、2はAlx
1-x As層、3は再成長界面である。図に示すよう
に本実施例の製造方法により作製されたサンプルでは、
再成長界面3への酸素(O),塩素(Cl)の偏析は観
測されず、再成長GaAs層の転位密度は1×104
/cm-2まで改善された。図29(a) に示したように従来
の技術においてGaAsキャップ層を設けただけでは再
成長界面への不純物の偏析は完全には抑制できなかった
のに対し、GaAsキャップ層を設けさらにエッチング
前処理として硫化アンモニウム処理を施すことで再成長
界面の清浄度および再成長GaAs層の結晶品質を向上
させることかできた。
FIG. 2 shows the results of the impurity analysis in the vicinity of the regrowth interface (cross section taken along the line II-II in FIG. 1 (e)) of the sample manufactured according to the above-mentioned steps, using the SIMS analysis method. In the figure, 1 is a regrown GaAs layer, 2 is Al x G
The a 1-x As layer 3 is a regrowth interface. As shown in the figure, in the sample manufactured by the manufacturing method of this embodiment,
Segregation of oxygen (O) and chlorine (Cl) to the regrown interface 3 was not observed, and the dislocation density of the regrown GaAs layer was improved to 1 × 10 4 dislocations / cm −2 . As shown in FIG. 29 (a), the segregation of impurities at the regrowth interface could not be completely suppressed only by providing the GaAs cap layer in the conventional technique. It was possible to improve the cleanliness of the regrown interface and the crystal quality of the regrown GaAs layer by applying ammonium sulfide treatment as the treatment.

【0068】硫化アンモニウム処理の効果については、
例えば応用物理第58巻,第9号,1989年,134
0〜1344ページに開示されている。すなわち硫化ア
ンモニウム処理によりGaAs表面の酸化膜がエッチン
グ除去され、次にGaAs表面第1層に硫黄原子が吸着
し、表面保護作用を有する。従って硫黄膜によりGaA
s表面は保護され新たな表面酸化を防止することができ
る。
Regarding the effect of the ammonium sulfide treatment,
Applied Physics Vol. 58, No. 9, 1989, 134
It is disclosed on pages 0-1344. That is, the oxide film on the GaAs surface is etched and removed by the ammonium sulfide treatment, and then sulfur atoms are adsorbed on the GaAs surface first layer, which has a surface protecting function. Therefore, due to the sulfur film, GaA
The surface is protected and new surface oxidation can be prevented.

【0069】また、例えば特開平4−10683号公報
には、GaAsあるいはAlGaAs上に結晶成長を行
なう前に、GaAsあるいはAlGaAsの表面を硫化
アンモニウム処理することにより、表面酸化膜を除去す
るとともに、新たな表面酸化を抑制するようにして、こ
の上に結晶成長される結晶層の品質を向上することが記
載されている。
Further, for example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 10683/1992, the surface oxide film is removed by treating the surface of GaAs or AlGaAs with ammonium sulfide before crystal growth on GaAs or AlGaAs. It is described that the quality of the crystal layer on which crystals are grown is improved by suppressing various surface oxidations.

【0070】しかし硫黄によって保護されたGaAs上
に高品質なGaAs層を成長させるためには成長前に何
らかの手段を用いて硫黄膜を除去する必要がある。本願
発明者の実験によるとMOCVD成長前の昇温による熱
クリーニングだけではGaAs表面の硫黄原子は完全に
は除去されず、再成長界面に偏析し、再成長層の結晶品
質を低下させることが明らかになった。一方、表面保護
膜である硫黄膜の有効な除去方法はこれまで報告されて
いなかった。
However, in order to grow a high quality GaAs layer on GaAs protected by sulfur, it is necessary to remove the sulfur film by some means before the growth. According to an experiment conducted by the inventor of the present application, it is clear that the sulfur atoms on the GaAs surface are not completely removed only by thermal cleaning by raising the temperature before the MOCVD growth, and segregate at the regrowth interface to deteriorate the crystal quality of the regrowth layer. Became. On the other hand, an effective method for removing the sulfur film, which is a surface protective film, has not been reported so far.

【0071】発明が解決しようとする課題の項でも述べ
たように、気相エッチング後の再成長における再成長界
面の清浄化のためには、エッチング前の表面が酸化され
ていないことが極めて重要である。硫化アンモニウム処
理はこの目的に適した前処理方法であるが、上述のよう
に、硫黄膜の除去を完全に行なうことができないという
問題点があった。本願発明者はこの問題点を解消する方
法としてHCl気相エッチングが硫黄膜の除去に極めて
有効であることを見いだし、さらに硫化アンモニウム処
理とHCl気相エッチングを組み合わせることで初めて
目的とする効果、即ち気相エッチング後に再成長する場
合においてその再成長界面を清浄なものとできる効果が
得られることを確認した。
As described in the section of the problem to be solved by the invention, it is extremely important that the surface before etching is not oxidized in order to clean the regrowth interface in the regrowth after vapor phase etching. Is. Ammonium sulfide treatment is a pretreatment method suitable for this purpose, but has a problem that the sulfur film cannot be completely removed as described above. The inventors of the present application found that HCl vapor-phase etching is extremely effective for removing the sulfur film as a method for solving this problem, and further, the objective effect was obtained only by combining ammonium sulfide treatment and HCl vapor-phase etching. It was confirmed that when re-growing after vapor phase etching, the effect of making the re-grown interface clean can be obtained.

【0072】上述のように気相エッチングしたAlGa
As上へのMOCVD再成長において、再成長界面の清
浄化を図るためにはキャップGaAs層の採用だけでは
極めて不十分である。これはキャップ層表面のわずかな
酸化によってもエッチングが阻害され、悪影響を及ぼす
ことを示しており、キャップGaAs層表面のクリーニ
ングこそ重要である。表面クリーニングの一手法である
硫化アンモニウム処理は、本実施例のようにHCl気相
エッチングと組み合わせることで初めて実用的な表面処
理方法として効果を確認することができ、HCl気相エ
ッチングとMOCVD成長を組み合わせた複合プロセス
の高度化を図ることができた。
AlGa vapor-phase-etched as described above
In MOCVD regrowth on As, the use of the cap GaAs layer alone is extremely insufficient for cleaning the regrowth interface. This indicates that even slight oxidation of the surface of the cap layer hinders the etching and adversely affects it, and cleaning of the surface of the cap GaAs layer is important. The effect of ammonium sulfide treatment, which is one method of surface cleaning, can be confirmed as a practical surface treatment method only when it is combined with HCl vapor phase etching as in the present embodiment, and HCl vapor phase etching and MOCVD growth are performed. We were able to improve the sophistication of the combined process.

【0073】なお、上記実施例では、硫黄膜13が形成
されたウェハをMOCVDのチャンバにセットし、水素
雰囲気中において熱処理をするようにしているが、この
熱処理は必ずしも水素雰囲気中で行なう必要はなく、ま
た、この熱処理は反応炉内でのウェハの昇温工程で兼ね
ることができる。
In the above embodiment, the wafer on which the sulfur film 13 is formed is set in the MOCVD chamber and heat-treated in a hydrogen atmosphere. However, this heat treatment does not necessarily have to be performed in a hydrogen atmosphere. In addition, this heat treatment can also serve as a wafer temperature raising step in the reaction furnace.

【0074】また、上記実施例ではアルミニウムを構成
元素として含む化合物半導体がAlGaAsであり、こ
の上に連続して結晶成長されるアルミニウムを含まない
化合物半導体層及び再成長される化合物半導体層がGa
Asであるものについて示したが、これ以外の化合物半
導体であっても本発明を適用することができる。
Further, in the above-mentioned embodiment, the compound semiconductor containing aluminum as a constituent element is AlGaAs, and the compound semiconductor layer containing no aluminum and the compound semiconductor layer re-grown which are continuously grown on this are Ga.
Although the case of As is shown, the present invention can be applied to other compound semiconductors.

【0075】実施の形態2.次に本発明の第2の実施例
による半導体装置の製造方法について説明する。本第2
の実施例では、AlGaAs上に連続してGaAs保護
層を形成し、上記保護層上に絶縁膜による選択マスクを
形成するまでは上記第1の実施例と同様であるが、この
後硫化アンモニウムによる処理を行なうのではなく、反
応管内において上記保護層の表面酸化膜を他のクリーニ
ング法を用いて除去し、この後連続して上記反応管内に
おいて塩素系ガスを用いてエッチングを施し、さらに上
記反応管内において上記エッチングによって作製された
微細構造をMOCVDの手法を用いて化合物半導体層で
埋め込むものである。
Embodiment 2. Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described. Book second
In this embodiment, the GaAs protective layer is continuously formed on AlGaAs and a selective mask made of an insulating film is formed on the protective layer, which is the same as the first embodiment. Instead of performing the treatment, the surface oxide film of the protective layer is removed by another cleaning method in the reaction tube, and subsequently, etching is performed by using a chlorine-based gas in the reaction tube, and the reaction is further performed. The fine structure produced by the above etching in the tube is filled with the compound semiconductor layer by using the MOCVD method.

【0076】上記第1の実施例では、GaAsキャップ
層をクリーニングする方法として、硫化アンモニウム処
理が有効であると述べたが、本第2の実施例のようにM
OCVDチャンバ内部で成長に先立って、他のクリーニ
ング方法によりGaAs表面のクリーニングを施しても
上記第1の実施例と同様、気相エッチング後に再成長す
る場合においてその再成長界面を清浄なものとできる。
上記他のクリーニング方法としては、例えば紫外線照射
によるクリーニングや水素プラズマによる酸化膜の還元
作用を用いたクリーニングでも同様の効果を奏すること
を確認した。
In the above first embodiment, it was described that ammonium sulfide treatment is effective as a method for cleaning the GaAs cap layer. However, as in the second embodiment, M
Even if the GaAs surface is cleaned by another cleaning method prior to growth in the OCVD chamber, the regrowth interface can be made clean when regrowth is performed after vapor phase etching, as in the first embodiment. ..
As another cleaning method described above, it was confirmed that the same effect can be obtained by cleaning by irradiation with ultraviolet rays or cleaning by using the reducing action of the oxide film by hydrogen plasma.

【0077】なお、本実施例においてもアルミニウムを
構成元素として含む化合物半導体がAlGaAsであ
り、この上に連続して結晶成長されるアルミニウムを含
まない化合物半導体層及び再成長される化合物半導体層
がGaAsであるものについて示したが、これ以外の化
合物半導体であっても本発明を適用することができるこ
とはいうまでもない。
Also in this embodiment, the compound semiconductor containing aluminum as a constituent element is AlGaAs, and the compound semiconductor layer containing no aluminum and the compound semiconductor layer regrown on which GaAs is continuously grown are GaAs. However, it goes without saying that the present invention can be applied to other compound semiconductors.

【0078】実施の形態3.次に本発明の第3の実施例
による半導体装置の製造方法について説明する。本第3
の実施例による半導体装置の製造方法は、上記第1,第
2の実施例による半導体装置の製造方法においても行な
われる、化合物半導体の気相エッチングにおいて、より
平滑なエッチング面を得るための精密に制御されたエッ
チング条件を与えるものである。本第3の実施例による
半導体装置の製造方法における気相エッチング方法は次
に示す実験によって開発した。
Embodiment 3. Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described. Book Third
The method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention is performed accurately in order to obtain a smoother etching surface in vapor phase etching of a compound semiconductor, which is also performed in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first and second embodiments. It provides a controlled etching condition. The vapor phase etching method in the method of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment was developed by the following experiment.

【0079】気相エッチングはAsH3 ガス,H2
ス,HClガスをチャンバ内に同時に供給することによ
り行なうガスエッチングの手法を用いた。エッチング温
度は750℃,エッチング圧力は10Torrとし、H
Clガス流量に対するAsH3ガス流量を種々変更した
ときのエッチング面状態について詳細に評価した。
For the gas phase etching, a gas etching method was used in which AsH 3 gas, H 2 gas and HCl gas were simultaneously supplied into the chamber. The etching temperature is 750 ° C., the etching pressure is 10 Torr, and H
The state of the etched surface when the AsH 3 gas flow rate was variously changed with respect to the Cl gas flow rate was evaluated in detail.

【0080】エッチング実験に使用したサンプルは、A
x Ga1-x As(x=0.48)上にGaAsキャ
ップ層を設けた構造で、各層の厚みはAlGaAs層が
2μm、GaAsキャップ層が0.1μmである。エッ
チングはGaAsキャップ層から行ない、約1μmエッ
チングした後の表面状態を微分干渉顕微鏡を用いて評価
した。
The sample used for the etching experiment is A
The structure is such that a GaAs cap layer is provided on l x Ga 1-x As (x = 0.48), and the thickness of each layer is 2 μm for the AlGaAs layer and 0.1 μm for the GaAs cap layer. Etching was performed from the GaAs cap layer, and the surface condition after etching about 1 μm was evaluated using a differential interference microscope.

【0081】この実験の結果、HClガス流量に対する
AsH3 ガス流量がある一定量を越えるとエッチング面
に表面荒れが生じ、平滑なエッチングができなくなり、
またAsH3 ガス流量がある一定量より少なくても平滑
なエッチング面は得られないことが明らかとなった。即
ち、AsH3 ガス,H2ガス,HClガスをチャンバ内
に同時に供給することにより、GaAs又はAlGaA
sをガスエッチングする場合に、平滑なエッチング面を
得るためにはウェハに供給するAsH3 ガス,HClガ
スの流量を最適化し厳密に制御する必要がある。この結
果は次のように解釈される。AlGaAs表面が平滑に
エッチングされるために表面からのAs塩化物(AsC
3など),Ga塩化物(GaCl3など),Al塩化物
(AlCl3 など)の脱離が均等に生じる必要がある。
これに対しAs塩化物と,Ga塩化物,Al塩化物の蒸
発温度が異なるため(AsCl3 ;130℃,GaCl
3;201℃,AlCl3 ;180℃)、それぞれの塩
化物を均等に表面から脱離させることは容易ではない。
適度なAsH3 の添加によって基板表面からのAsCl
3 の脱離が抑制され、それぞれの塩化物の脱離がバラン
スされるものと考えられる。以上の理由により平滑なエ
ッチング面を得るためにはHClガス流量に対するAs
3 ガス流量を最適化する必要がある。
As a result of this experiment, when the AsH 3 gas flow rate with respect to the HCl gas flow rate exceeds a certain amount, the etching surface is roughened and smooth etching cannot be performed.
It was also found that a smooth etching surface cannot be obtained even if the AsH 3 gas flow rate is less than a certain amount. That is, by simultaneously supplying AsH 3 gas, H 2 gas, and HCl gas into the chamber, GaAs or AlGaA
When gas etching s, in order to obtain a smooth etching surface, it is necessary to optimize and strictly control the flow rates of AsH 3 gas and HCl gas supplied to the wafer. This result is interpreted as follows. Since the AlGaAs surface is etched smoothly, As chloride (AsC) from the surface
1 3 ), Ga chloride (such as GaCl 3 ) and Al chloride (such as AlCl 3 ) need to be uniformly released.
On the other hand, the vaporization temperatures of As chloride, Ga chloride, and Al chloride are different (AsCl 3 ; 130 ° C., GaCl
3 ; 201 ° C., AlCl 3 ; 180 ° C.) It is not easy to evenly remove each chloride from the surface.
AsCl from the surface of the substrate by adding moderate AsH 3
It is considered that the elimination of 3 is suppressed and the elimination of each chloride is balanced. For the above reason, in order to obtain a smooth etching surface, As for the HCl gas flow rate
It is necessary to optimize the H 3 gas flow rate.

【0082】図3(a) は、エッチング温度を750℃,
エッチング圧力を10Torr,10%のHClガス流
量を80sccm,トータルのガス流量を2.5slm
として、20%のAsH3 ガス流量を変化させたとき
の、AsH3 ガス流量とGaAs再成長層の転移密度
(EDP)との関係を示す図、図3(b) は同じ条件での
AsH3 ガス流量とエッチング面の酸素濃度(IO )及
び塩素濃度(ICl)との関係を示す図である。この実験
結果より、AsH3 ガス分圧(AsH3 ガス流量をトー
タルガス流量で割り、反応炉内圧力を掛けた値)が0.
016Torr、またHClガス流量に対するAsH3
ガス流量の比が0.5のときが最適なエッチング条件で
あり、AsH3 ガス分圧が8×10-3Torr以上0.
08Torr以下であり、かつHClガス流量に対する
AsH3 ガス流量比が2.5以下の条件でのみ平滑なエ
ッチング面が得られることが明らかになった。さらにこ
のエッチング方法によると通常のRIE法などで問題と
なっているエッチング面へのダメージが生じないことも
明らかになった。これはエッチングが純粋に化学反応の
みで生じているためと考えられる。
FIG. 3A shows an etching temperature of 750 ° C.
Etching pressure is 10 Torr, 10% HCl gas flow rate is 80 sccm, and total gas flow rate is 2.5 slm.
As, in the case of changing the AsH 3 gas flow rate of 20%, shows the relationship between the dislocation density of the AsH 3 gas flow rate and GaAs regrown layer (EDP), FIG. 3 (b) AsH 3 in the same conditions It is a figure which shows the relationship between the gas flow rate and the oxygen concentration (IO) and chlorine concentration (ICl) of the etching surface. From this experimental result, the AsH 3 gas partial pressure (the value obtained by dividing the AsH 3 gas flow rate by the total gas flow rate and multiplying it by the reactor internal pressure) was 0.
AsH 3 for 016 Torr and HCl gas flow rate
The optimum etching condition is when the gas flow rate ratio is 0.5, and the AsH 3 gas partial pressure is 8 × 10 −3 Torr or more.
It was clarified that a smooth etching surface can be obtained only under the conditions of 08 Torr or less and the AsH 3 gas flow rate ratio to the HCl gas flow rate of 2.5 or less. Further, it has been clarified that this etching method does not cause damage to the etching surface, which is a problem in the normal RIE method. It is considered that this is because the etching occurs purely by a chemical reaction.

【0083】このように、本実施例では、Alx Ga
1-x As(0≦x≦1)を気相エッチングする工程を
含む半導体装置の製造方法において、気相エッチングと
してHClガス,AsH3 ガス,及び水素ガスを同時に
供給することにより行なうガスエッチングの手法を用
い、AsH3 ガス分圧を8×10-3Torr以上0.0
8Torr以下とし、かつHClガス流量に対するAs
3 ガス流量比を2.5以下としてエッチングするよう
にしたから、平滑なエッチング面が得られるとともに、
エッチング面へのダメージをも防止することができる。
As described above, in this embodiment, Al x Ga is used.
In a method of manufacturing a semiconductor device including a step of vapor-phase etching 1-x As (0 ≦ x ≦ 1), gas etching performed by simultaneously supplying HCl gas, AsH 3 gas, and hydrogen gas is performed. AsH 3 gas partial pressure is 8 × 10 −3 Torr or more and 0.0
8 Torr or less and As for gas flow rate of HCl
Since the H 3 gas flow rate ratio is set to 2.5 or less for etching, a smooth etching surface can be obtained, and
It is also possible to prevent damage to the etching surface.

【0084】なお、上記実施例ではエッチングガスとし
てHClガス、V族ガスとしてAsH3 ガスを用いてガ
スエッチングを行なうものについて示したが、エッチン
グガスとしてCl2 ガス、V族ガスとしてターシャリブ
チルアルシン(C49 AsH2)もしくはトリメチル
アルシン((CH33 As)を用いてもよい。これら
のガスを用いた場合もエッチングの化学反応としては全
く同じであるので、V族ガスの分圧を8×10-3Tor
r以上0.08Torr以下とし、かつエッチングガス
流量に対するV族ガス流量の比を2.5以下としてエッ
チングを行なうことにより、上記実施例と同様の効果を
得ることができる。
In the above embodiment, the gas etching is carried out by using HCl gas as an etching gas and AsH 3 gas as a group V gas. However, Cl 2 gas is used as an etching gas and tertiary butyl arsine is used as a group V gas. (C 4 H 9 AsH 2 ) or trimethylarsine ((CH 3 ) 3 As) may be used. Even if these gases are used, the etching chemical reaction is exactly the same, so the partial pressure of the group V gas is 8 × 10 −3 Tor.
By performing the etching with r to 0.08 Torr or less and the ratio of the group V gas flow rate to the etching gas flow rate of 2.5 or less, the same effect as in the above embodiment can be obtained.

【0085】さらに、本実施例によるエッチング方法
に、上記第1または第2の実施例による半導体装置の製
造方法で行なった表面クリーニング方法を組み合わせれ
ば、エッチング面への不純物の偏析が抑制され、再成長
を行なった場合には再成長層の結晶品質は極めて良好と
なる。
Furthermore, by combining the etching method according to the present embodiment with the surface cleaning method performed by the method for manufacturing a semiconductor device according to the first or second embodiment, segregation of impurities on the etching surface can be suppressed, When the regrowth is performed, the crystal quality of the regrowth layer becomes extremely good.

【0086】実施の形態4.次に本発明の第4の実施例
による半導体レーザの製造方法について説明する。図4
は上記第3の実施例に示したエッチング方法によるエッ
チングを行なった場合のマスクパターンの形成方向とエ
ッチング形状との関係を説明するための図である。図に
おいて、21はストライプ状のSiN膜パターン、22
はGaAsキャップ層、2はAlGaAs層、23はG
aAs基板である。
Fourth Embodiment Next, a method of manufacturing a semiconductor laser according to the fourth embodiment of the present invention will be described. Figure 4
FIG. 9 is a diagram for explaining a relationship between a mask pattern forming direction and an etching shape when etching is performed by the etching method shown in the third embodiment. In the figure, 21 is a stripe-shaped SiN film pattern, 22
Is a GaAs cap layer, 2 is an AlGaAs layer, and 23 is G
It is an aAs substrate.

【0087】図4(a) はGaAs基板23の(100)
面上にAlGaAs層2及びGaAsキャップ層22を
連続して結晶成長し、このキャップ層22上にストライ
プ状のSiN膜パターン21を形成した状態をしめす。
ここでSiN膜パターン21をそのストライプ方向が
[0/11]方向となるようにパターニングした場合と
[011]方向となるようにパターニングした場合とで
は気相エッチングによるエッチング形状が異なる。図4
(b) は上記SiN膜21のパターニングを[0/11]
方向に行なった後、エッチングを行なった場合のエッチ
ング形状を、図4(c) はSiN膜21のパターニングを
[011]方向に行なった後エッチングを行なった場合
のエッチング形状をそれぞれ示している。
FIG. 4A shows (100) of the GaAs substrate 23.
The AlGaAs layer 2 and the GaAs cap layer 22 are continuously crystal-grown on the surface, and the stripe-shaped SiN film pattern 21 is formed on the cap layer 22.
Here, the etching shape by vapor phase etching is different between when the SiN film pattern 21 is patterned so that its stripe direction is the [0/11] direction and when it is patterned so as to be the [011] direction. Figure 4
(b) shows the patterning of the SiN film 21 [0/11]
FIG. 4C shows the etching shape when the etching is performed after performing the etching in the [011] direction, and FIG. 4C shows the etching shape when performing the etching after performing the patterning of the SiN film 21 in the [011] direction.

【0088】図4(b) に示すように[0/11]方向に
ストライプ形成を行なった場合、エッチング形状は(0
11)面24と(311)面25とで構成された断面形
状となる。一方[011]方向にストライプ形成を行な
った場合、エッチング形状は(111)B面26で構成
された断面形状となる。表1にまとめたようにHCl気
相エッチングによるエッチング形状は通常のウェットエ
ッチングによるエッチング形状と比較すると明らかに異
なる。
When stripes are formed in the [0/11] direction as shown in FIG. 4B, the etching shape is (0
The cross-sectional shape is composed of the (11) surface 24 and the (311) surface 25. On the other hand, when stripes are formed in the [011] direction, the etching shape is the cross-sectional shape formed by the (111) B surface 26. As summarized in Table 1, the etching shape by HCl vapor phase etching is clearly different from the etching shape by normal wet etching.

【0089】[0089]

【表1】 ここで、HCl気相エッチングとして上記第3の実施例
によるエッチング方法を用いることにより、エッチング
によって露呈する側面の平坦度は極めて良好で劈開面と
比較しても遜色がなく、側面のAlGaAs層2とGa
Asキャップ層22の界面に段差を生じることもなかっ
た。
[Table 1] Here, by using the etching method according to the third embodiment as the HCl vapor phase etching, the flatness of the side surface exposed by the etching is extremely good, and is comparable to the cleavage surface, and the AlGaAs layer 2 on the side surface is And Ga
No step was formed at the interface of the As cap layer 22.

【0090】本第4の実施例による半導体レーザの製造
方法は、上記第3の実施例にかかるエッチング方法によ
るエッチング形状の特徴を利用したものである。即ち
[0/11]方向のストライプ状パターンをマスクとし
てエッチングを行なった場合、側面には(100)面と
垂直な(011)面24が一部露呈することを利用し、
この(011)面をレーザの発振端面とすることを特徴
としたものである。
The method of manufacturing the semiconductor laser according to the fourth embodiment utilizes the characteristics of the etching shape by the etching method according to the third embodiment. That is, when etching is performed using the stripe pattern in the [0/11] direction as a mask, the fact that the (011) plane 24 perpendicular to the (100) plane is partly exposed is used.
This (011) plane is used as the oscillation end face of the laser.

【0091】図7は本第4の実施例による半導体レーザ
の製造方法を用いて作製された半導体レーザの一例を示
す斜視図であり、図において、50はn−GaAs基
板、51はn−Alx Ga1-x As第1クラッド層、
52は活性層、53はp−AlxGa1-x As第2クラ
ッド層、54はn−GaAs電流ブロック層、55はp
−GaAs第2キャップ層、56はp−GaAsコンタ
クト層、57は発光端面である。
FIG. 7 is a perspective view showing an example of a semiconductor laser manufactured by using the method for manufacturing a semiconductor laser according to the fourth embodiment. In the figure, 50 is an n-GaAs substrate and 51 is n-Al. x Ga 1-x As first cladding layer,
52 an active layer, 53 p-Al x Ga 1-x As second cladding layer 54 is n-GaAs current blocking layer, the 55 p
-GaAs second cap layer, 56 is a p-GaAs contact layer, and 57 is a light emitting end face.

【0092】図7に示す半導体レーザは次に示す工程に
より製造された。まず(100)GaAs基板50上に
通常のMOCVD成長とウェットエッチングを組み合わ
せた手法によりリッジ埋め込み型レーザの結晶構造を作
製する。このようなリッジ埋め込み型レーザの結晶構造
の作製工程は周知であるので詳細な説明は省略する。
The semiconductor laser shown in FIG. 7 was manufactured by the following steps. First, a crystal structure of a ridge-embedded laser is formed on a (100) GaAs substrate 50 by a method combining ordinary MOCVD growth and wet etching. Since the manufacturing process of the crystal structure of such a ridge-embedded laser is well known, its detailed description is omitted.

【0093】なお、このとき共振器方向(リッジのスト
ライプ方向)は[011]方向としておく。次にレーザ
の共振器となる部分に絶縁膜となるマスキングを施し、
上記第3の実施例に示した手法を用いたエッチングを施
す。上述のように本エッチング方法によると共振器端面
57は(100)面と垂直な(011)面となるため、
レーザ発振端面を容易に形成することができる。得られ
た共振端面は極めて平滑であり、エッチングによるダメ
ージも生じないことから共振器端面と、劈開面と比較し
ても遜色がないことを確認した。
At this time, the resonator direction (ridge stripe direction) is set to the [011] direction. Next, mask the part that will be the resonator of the laser as an insulating film,
Etching is performed using the method shown in the third embodiment. As described above, according to the present etching method, the resonator end face 57 becomes the (011) face which is perpendicular to the (100) face.
The laser oscillation end face can be easily formed. It was confirmed that the obtained resonator end face was extremely smooth and was not damaged by etching, so that it was comparable to the resonator end face and the cleavage face.

【0094】このように本実施例によれば、(100)
半導体基板上にGaAs及びAlGaAsからなるリッ
ジ埋め込み型レーザの結晶構造を作製した後、上記レー
ザダイオード構造の結晶構造上に[0/11]方向が長
手となるストライプ状のエッチングマスクを形成し、H
Clガス,AsH3 ガス,及び水素ガスを同時に供給す
ることにより行なうガスエッチングであって、AsH3
ガス分圧が8×10-3Torr以上0.08Torr以
下,HClガス流量に対するAsH3ガス流量比が0.
25以下の条件のエッチングを行なうことによりレーザ
ダイオードの発振端面を形成するようにしたから、劈開
端面に比しても遜色のないレーザ発振端面をエッチング
により容易に形成することができる。
Thus, according to this embodiment, (100)
After forming a crystal structure of a ridge-embedded laser made of GaAs and AlGaAs on a semiconductor substrate, a stripe-shaped etching mask having a longitudinal direction in the [0/11] direction is formed on the crystal structure of the laser diode structure, and H
Cl gas, a gas etching performed by supplying AsH 3 gas, and hydrogen gas simultaneously, AsH 3
The gas partial pressure is 8 × 10 −3 Torr or more and 0.08 Torr or less, and the AsH 3 gas flow rate ratio to the HCl gas flow rate is 0.
Since the oscillation end face of the laser diode is formed by performing etching under the condition of 25 or less, it is possible to easily form the laser oscillation end face comparable to the cleavage end face by etching.

【0095】なお、上記実施例ではレーザの基本構造が
リッジ埋め込み型であるものについて示したが、他のレ
ーザ構造であってもよいことは言うまでもない。
Although the basic structure of the laser is the ridge buried type in the above embodiment, it goes without saying that another laser structure may be used.

【0096】また、上記実施例では(100)面を主面
とする基板を用い、レーザ端面として(011)面を形
成するようにしたものについて示したが、レーザ端面と
して(0/1/1)面を形成するようにしてもよい。ま
た(100)面と結晶工学的に等価な面を主面とする基
板を用い、この主面に対して、(100)面と(01
1)面もしくは(0/1/1)面との関係と等価な関係
を有する面を形成するようにしてもよい。
In the above embodiment, the substrate having the (100) face as the main surface is used and the (011) face is formed as the laser end face. However, the laser end face is (0/1/1). ) Surface may be formed. In addition, a substrate whose principal surface is a crystallographically equivalent plane to the (100) plane is used, and the (100) plane and (01
It is also possible to form a surface having a relationship equivalent to the relationship with the 1) surface or the (0/1/1) surface.

【0097】実施の形態5.次に本発明の第5の実施例
による半導体レーザの製造方法について説明する。本第
5の実施例による半導体レーザの製造方法は(111)
B面を発振端面とする半導体レーザを作製するものであ
る。図5は[011]方向のストライプ状パターンをマ
スクとしてHCl気相エッチングしたときのエッチング
形状を示す斜視図である。すでに述べたようにGaAs
基板23の(100)主面上に結晶成長した半導体層
を、[011]方向のストライプ状パターンをマスクと
してエッチングを行なった場合、ストライプに沿ったエ
ッチング側面には(111)B面26が露呈する。(1
11)B面の(100)主面に対する角度θは約54°
であるため、このままレーザ発振端面とすることはでき
ない。しかし(111)B面が垂直な面となるようにあ
らかじめ半導体基板の主面を選んでおけば、(111)
B面を発振端面としたレーザを構成することができる。
図6に示すように(111)B面に対して垂直な面は例
えば(1/10)面であり、この面と結晶工学的に等価
な面を主面とする半導体基板上に用いれば、第3の実施
例によるエッチング方法を用いて、基板主面に対して垂
直な側面を形成することができる。以上のように例えば
(1/10)面を主面とするGaAs基板上にレーザ構
造の結晶構造を形成し、次にレーザの共振器となる部分
に絶縁膜によるマスキングを施した後、上記第3の実施
例に示した手法を用いてエッチングを施すことでレーザ
発振端面を容易に形成することができる。
Embodiment 5. Next, a method of manufacturing a semiconductor laser according to the fifth embodiment of the present invention will be described. The semiconductor laser manufacturing method according to the fifth embodiment is (111)
A semiconductor laser having a B-plane as an oscillation end face is manufactured. FIG. 5 is a perspective view showing an etching shape when HCl vapor-phase etching is performed using a stripe pattern in the [011] direction as a mask. As already mentioned, GaAs
When the semiconductor layer crystal-grown on the (100) main surface of the substrate 23 is etched using the stripe pattern in the [011] direction as a mask, the (111) B surface 26 is exposed on the etched side surface along the stripe. To do. (1
11) The angle θ of the B surface with respect to the (100) main surface is about 54 °
Therefore, the laser oscillation end face cannot be used as it is. However, if the main surface of the semiconductor substrate is selected in advance so that the (111) B surface becomes a vertical surface, (111)
It is possible to construct a laser with the B-plane as the oscillation end face.
As shown in FIG. 6, the plane perpendicular to the (111) B plane is, for example, the (1/10) plane, and if it is used on a semiconductor substrate whose principal plane is a plane that is crystallographically equivalent to this plane, By using the etching method according to the third embodiment, it is possible to form a side surface perpendicular to the main surface of the substrate. As described above, for example, the crystal structure of the laser structure is formed on the GaAs substrate having the (1/10) plane as the main surface, and then the portion to be the resonator of the laser is masked with the insulating film, The laser oscillation end face can be easily formed by etching using the method shown in the third embodiment.

【0098】なお、上記実施例では(1/10)面を主
面とする基板を用い、レーザ端面として(111)B面
を形成するようにしたものについて示したが、(1/1
0)面と結晶工学的に等価な{110}面を主面とする
基板を用い、〈011〉方向を長手とするストライプ状
パターンをマスクとして上記実施例と同様のエッチング
を行なえば、基板主面と垂直な(111)B面と結晶工
学的に等価な{111}B面が得られ、これをレーザ共
振器端面とすることができる。
In the above embodiment, the substrate having the (1/10) plane as the main surface is used and the (111) B plane is formed as the laser end surface.
If a substrate having a {110} plane that is crystallographically equivalent to the (0) plane is used as a principal plane and etching is performed in the same manner as in the above embodiment using a stripe pattern having a <011> direction as a longitudinal mask, A {111} B plane that is crystallographically equivalent to the (111) B plane perpendicular to the plane is obtained, and this can be used as the laser cavity end face.

【0099】実施の形態6.次に本発明の第6の実施例
による半導体レーザの製造方法について説明する。この
製造方法は第3の実施例に示したエッチング方法の特徴
を利用して窓付き屈折率ガイド型半導体レーザを作製す
るものである。図8及び図9は製造方法の概略を示す断
面工程図である。GaAs基板50は(100)を主面
としている。
Sixth Embodiment Next, a method of manufacturing a semiconductor laser according to the sixth embodiment of the present invention will be described. This manufacturing method utilizes the characteristics of the etching method shown in the third embodiment to manufacture a windowed refractive index guide type semiconductor laser. 8 and 9 are cross-sectional process diagrams illustrating the outline of the manufacturing method. The GaAs substrate 50 has (100) as its main surface.

【0100】図8は〈0/11〉方向からみた断面図で
あり、図9は〈011〉方向からみた断面図である。図
において、図7と同一符号は同一又は相当部分であり、
70はp−GaAs第1キャップ層、71は高抵抗Al
y Ga1-y As窓・ブロック層、72はp−電極、73
はn−電極である。
FIG. 8 is a sectional view as seen from the <0/11> direction, and FIG. 9 is a sectional view as seen from the <011> direction. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 7 denote the same or corresponding parts,
70 is p-GaAs first cap layer, 71 is high resistance Al
y Ga 1-y As window / block layer, 72 p-electrode, 73
Is the n-electrode.

【0101】以下、本実施例による半導体レーザの製造
方法の工程を説明する。まず、(100)GaAs基板
50上に第1クラッド層51,活性層52,第2クラッ
ド層53,及びp−GaAs第1キャップ層70をMO
CVD法により順次形成する(図8(a) ,図9(a) )。
次にリッジ形成の選択マスクとしてSiN膜を[01
1]方向を共振器方向として形成する(図8(b) ,図9
(b) )。次に上記第3の実施例に示した方法によりエッ
チングを施す(図8(c) ,図9(c) )。すでに述べたよ
うに、共振器端面となるべき部分は、図8(c) に示すよ
うに、(011)面、即ち基板主面に対し垂直な面が形
成されるようにエッチングされる。ここでエッチングに
先立って第1または第2の実施例に示した表面クリーニ
ングを行なっておくことが望ましい。上記エッチングを
施した後、同一チャンバ内において通常のMOCVD成
長条件により、活性層よりもバンドギャップの大きい、
高抵抗Aly Ga1-y Asブロック層71を成長する
(図8(d) ,図9(d) )。図10(a) はこの工程が終了
したときの状態を示す斜視図である。このとき同一チャ
ンバ内で第1または第2の実施例に示した方法を用い
て、エッチング及び再成長を行なえば、窓層と共振器端
面の界面には不純物の偏析しない良好な埋め込み成長が
可能である。次にSiN膜21を除去し(図8(e) ,図
9(e) )、p−GaAsコンタクト層56を成長した後
(図8(f) ,図9(f) )、p−電極72,n−電極73
を形成する(図8(g) ,図9(g) )。以上の工程により
窓付き屈折率ガイド型半導体レーザの基本構造をウェハ
状態のまま作製することができる。最後に劈開などによ
りチップ分離してレーザチップとして完成する(図8
(h) )。完成した窓付き屈折率ガイド型半導体レーザの
斜視図を図10(b) に示す(電極は省略)。
The steps of the method for manufacturing the semiconductor laser according to this embodiment will be described below. First, the first clad layer 51, the active layer 52, the second clad layer 53, and the p-GaAs first cap layer 70 are formed on the (100) GaAs substrate 50 by MO.
The layers are sequentially formed by the CVD method (FIGS. 8 (a) and 9 (a)).
Next, the SiN film is used as a selection mask for the ridge formation by [01
1] direction as the resonator direction (Fig. 8 (b), Fig. 9)
(b)). Next, etching is performed by the method shown in the third embodiment (FIGS. 8 (c) and 9 (c)). As described above, the portion to be the cavity end face is etched so that the (011) plane, that is, the plane perpendicular to the principal surface of the substrate is formed as shown in FIG. 8 (c). Here, it is desirable to carry out the surface cleaning shown in the first or second embodiment prior to the etching. After performing the above etching, the band gap is larger than that of the active layer under normal MOCVD growth conditions in the same chamber.
To grow high-resistance Al y Ga 1-y As blocking layer 71 (FIG. 8 (d), the FIG. 9 (d)). FIG. 10A is a perspective view showing a state when this step is completed. At this time, if etching and regrowth are performed in the same chamber by using the method shown in the first or second embodiment, good buried growth can be performed without segregation of impurities at the interface between the window layer and the cavity end face. Is. Next, the SiN film 21 is removed (FIGS. 8 (e) and 9 (e)), and after the p-GaAs contact layer 56 is grown (FIGS. 8 (f) and 9 (f)), the p-electrode 72 is formed. , N-electrode 73
Are formed (FIGS. 8 (g) and 9 (g)). Through the above steps, the basic structure of the windowed refractive index guide type semiconductor laser can be manufactured in a wafer state. Finally, the chip is separated by cleavage or the like to complete a laser chip (FIG. 8).
(h)). A perspective view of the completed index-guided semiconductor laser with window is shown in FIG. 10 (b) (electrodes are omitted).

【0102】従来の端面窓構造を有する半導体レーザは
すでに述べたように一度劈開による発振端面を形成した
後、上記発振端面に窓層を成長するという極めて量産性
に乏しい方法により製造していた。本第6の実施例によ
れば、窓構造のレーザを容易に得ることができるのみな
らず、再成長界面も良好な状態となるので高品質な窓付
き屈折率ガイド型半導体レーザを得ることができる。
As described above, the conventional semiconductor laser having the end face window structure has been manufactured by a method having extremely poor mass productivity, in which the oscillation end face is once formed by cleavage and then the window layer is grown on the oscillation end face. According to the sixth embodiment, not only a laser having a window structure can be easily obtained, but also a regrowth interface is in a good state, so that a high-quality index guided semiconductor laser with a window can be obtained. it can.

【0103】なお、上記実施例では(100)面を主面
とする基板を用い、レーザ端面として(011)面を形
成するようにしたものについて示したが、レーザ端面と
して(0/1/1)面を形成するようにしてもよい。ま
た(100)面と結晶工学的に等価な面を主面とする基
板を用い、この主面に対して、(100)面と(01
1)面もしくは(0/1/1)面との関係と等価な関係
を有する面を形成するようにしてもよい。
In the above embodiment, the substrate having the (100) plane as the main surface is used and the (011) plane is formed as the laser end face. However, the laser end face is (0/1/1) ) Surface may be formed. In addition, a substrate whose principal surface is a crystallographically equivalent plane to the (100) plane is used, and the (100) plane and (01
It is also possible to form a surface having a relationship equivalent to the relationship with the 1) surface or the (0/1/1) surface.

【0104】実施の形態7.次に本発明の第7の実施例
による半導体レーザの製造方法について説明する。本第
7の実施例による半導体レーザの製造方法は、上記第3
の実施例のエッチング方法をリッジ成形のためのエッチ
ングに応用して、リッジウェーブガイド型半導体レーザ
を作製するものである。図11は本第7の実施例による
リッジウェーブガイド型半導体レーザの製造方法の主要
工程を示す断面図である。図において、図7と同一符号
は同一又は相当部分である。
Seventh Embodiment Next, a method of manufacturing a semiconductor laser according to the seventh embodiment of the present invention will be described. The method for manufacturing a semiconductor laser according to the seventh embodiment is the same as the above third embodiment.
The ridge waveguide type semiconductor laser is manufactured by applying the etching method of the above embodiment to the etching for forming the ridge. FIG. 11 is a cross-sectional view showing the main steps of the method of manufacturing the ridge waveguide type semiconductor laser according to the seventh embodiment. In the figure, the same symbols as in FIG. 7 are the same or corresponding parts.

【0105】以下、本実施例による半導体レーザの製造
方法の工程を説明する。まず図11(a) に示すようにn
−GaAs基板50上にn−Alx Ga1-x As第1
クラッド層51,活性層52,p−Alx Ga1-x
s第2クラッド層53,p−GaAs第1キャップ層7
0を順次MOCVD法により形成し、その上にSiN膜
21を形成しストライプ状にパターニングする。次に図
11(b) に示すように第3の実施例に示した方法により
リッジエッチングを施しリッジ形成を行なう。SiN膜
パターン21のストライプ方向が[011]方向であれ
ば、側面が(111)B面であるリッジが形成される。
ここでリッジエッチングに先立って第1または第2の実
施例に示した表面クリーニンクを施すことが望ましい。
次に図11(c) に示すように上記図11(b) の工程と同
一のチャンバ内でMOCVD法によりn−GaAs電流
ブロック層54,p−GaAs第2キャップ層55を埋
め込み成長する。次に図11(d) に示すようにSiN膜
21を除去した後p−GaAsコンタクト層56をMO
CVD法により成長し、レーザの基本構造が完成する。
The steps of the method for manufacturing the semiconductor laser according to the present embodiment will be described below. First, as shown in FIG. 11 (a), n
N-Al x Ga 1 -x As 1st on the -GaAs substrate 50
Cladding layer 51, active layer 52, p-Al x Ga 1-x A
s second cladding layer 53, p-GaAs first cap layer 7
0s are sequentially formed by the MOCVD method, the SiN film 21 is formed thereon, and the stripes are patterned. Next, as shown in FIG. 11B, ridge etching is performed by the method shown in the third embodiment to form a ridge. If the stripe direction of the SiN film pattern 21 is the [011] direction, a ridge whose side surface is the (111) B surface is formed.
Here, it is desirable to perform the surface cleaning shown in the first or second embodiment prior to the ridge etching.
Next, as shown in FIG. 11C, the n-GaAs current blocking layer 54 and the p-GaAs second cap layer 55 are embedded and grown by MOCVD in the same chamber as in the step of FIG. 11B. Next, as shown in FIG. 11 (d), after removing the SiN film 21, the p-GaAs contact layer 56 is MO-doped.
It grows by the CVD method, and the basic structure of the laser is completed.

【0106】なお、図12はp−電極72,n−電極7
3を形成した後、劈開等によりチップ単位に分割するこ
とにより完成したリッジウェーブ型レーザの構造の概略
を示す斜視図である。
FIG. 12 shows the p-electrode 72 and the n-electrode 7.
FIG. 3 is a perspective view showing an outline of a structure of a ridge wave type laser completed by forming chips 3 and then dividing into chips by cleavage or the like.

【0107】本第7の実施例では、上記第3の実施例に
示す気相エッチングによるリッジ形成とMOCVD選択
成長を組み合わせたので、ウエットエッチングによるリ
ッジ形成のような煩雑な工程を必要とせず、工程の大幅
な簡略化が可能である。さらにリッジエッチングに先立
って第1または第2の実施例に示した表面クリーニンク
を施せば、再成長界面も良好な状態となるので、特に高
出力レーザの寿命改善が図れるなどの効果を奏する。
In the seventh embodiment, since the ridge formation by vapor phase etching and the MOCVD selective growth shown in the third embodiment are combined, a complicated process such as ridge formation by wet etching is not required, It is possible to greatly simplify the process. Further, if the surface cleaning shown in the first or second embodiment is performed prior to the ridge etching, the regrowth interface also becomes in a good state, so that there is an effect that the life of a high-power laser can be particularly improved.

【0108】なお、半導体レーザのリッジ形成をHCl
ガスを用いたガスエッチングにより行なうことについて
は、例えば特開昭60−163487号公報に記載され
ているが、この公報にはエッチング条件に関する記述は
なく、HClガスを用いたガスエッチングのリッジ成形
への適用は、上記第3の実施例によるエッチング法を用
いることで初めて実用化が可能となるものである。
The semiconductor laser ridge is formed by HCl.
The gas etching using gas is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-163487, but there is no description about the etching conditions in this publication, and the ridge forming of gas etching using HCl gas is performed. The application can be realized only by using the etching method according to the third embodiment.

【0109】実施の形態8.次に本発明の第8の実施例
による半導体装置の製造方法について説明する。図13
は本第8の実施例による半導体装置の製造方法である化
合物半導体のエッチング方法におけるガス導入シーケン
スを示した図である。図において、120はAsH3
給領域、121はH2パージ領域、122はHCl供給
領域である。
Eighth Embodiment Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to the eighth embodiment of the present invention will be described. FIG.
FIG. 21 is a diagram showing a gas introduction sequence in a compound semiconductor etching method which is a semiconductor device manufacturing method according to the eighth embodiment. In the figure, 120 is an AsH 3 supply region, 121 is an H 2 purge region, and 122 is an HCl supply region.

【0110】図に示すように本エッチング方法はAsH
3 ガスを導入すると同時にHClガスを上記AsH3
スの導入時間より短い時間だけパルス的に導入する第1
のエッチング工程と、上記AsH3 ガスと上記HClガ
スの導入を中断し、反応管内を水素ガスでパージする第
2のエッチング工程を含み、上記第1のエッチング工程
と上記第2のエッチング工程とを周期的に繰り返し行な
うことにより一原子層単位でのエッチングを可能とした
ものである。
As shown in the figure, this etching method uses AsH.
At the same time that the 3 gas is introduced, the HCl gas is introduced in a pulsed manner for a time shorter than the AsH 3 gas introduction time.
And the second etching step of interrupting the introduction of the AsH 3 gas and the HCl gas and purging the inside of the reaction tube with hydrogen gas. The first etching step and the second etching step are By repeating the process periodically, etching can be performed in units of one atomic layer.

【0111】次に第8の実施例にかかる化合物半導体の
エッチング方法の原理について説明する。第3の実施例
の項でも述べたように、例えばHClガスを用いてGa
Asをエッチングする際に平滑なエッチング面を得るた
めには、AsH3 流量の最適化が必要である。これは適
度なAsH3 供給によってGaAs表面からAsCl 3
の脱離が抑制され、AsCl3 とGaCl3 の脱離がバ
ランスした時に平滑なエッチングが得られるためであ
る。我々の実験によるとAsH3 流量の増加にともな
い、GaAsのエッチングレートが減少することが確認
された。これは過剰なAsH3 がAsCl3 の脱離を抑
制するためである。従って過剰なAsH3 を導入しなが
らHClガスをパルス的に導入した場合、GaAs基板
表面からはGaCl3 脱離のみ選択的に生じ、1原子層
のエッチングが可能である。このときAsCl3 は過剰
なAsH3 によってGaAs表面からの脱離が抑制され
表面に残留する。次にAsH3 の供給をストップすると
AsCl3 がGaAs表面から脱離する。上記2工程を
繰り返し行なうことで、1原子層単位で制御されたエッ
チングができる。
Next, the compound semiconductor of the eighth embodiment
The principle of the etching method will be described. Third embodiment
As described in the above section, for example, using HCl gas, Ga
To obtain a smooth etching surface when etching As
AsH3 It is necessary to optimize the flow rate. This is suitable
Degree AsH3 AsCl from the GaAs surface by supply 3 
Desorption is suppressed, and AsCl3 And GaCl3 Desorption of
Because a smooth etching is obtained when lanced.
It According to our experiments, AsH3 As the flow rate increases
Confirm that the GaAs etching rate decreases
Was done. This is excessive AsH3 Is AsCl3 Suppress the detachment of
It is to control. Therefore excessive AsH3 Introduce
When HCl gas is introduced in a pulsed manner from a GaAs substrate
GaCl from the surface3 Only desorption occurs selectively, 1 atomic layer
Can be etched. At this time AsCl3 Is excessive
AsH3 Desorption from the GaAs surface is suppressed by
Remains on the surface. Next, AsH3 When the supply of
AsCl3 Desorbs from the GaAs surface. The above two steps
By repeating the process, the etch controlled in units of one atomic layer
Can ching.

【0112】図14は上記のエッチング方法を用いてエ
ッチングを行なったときの、エッチングレートとHCl
ガスの供給パルス時間との関係を調べた結果である。図
に示すようにある特定のHClパルス時間で1ML/c
ycleのエッチングレートを持つことを確認した。な
お、本実施例ではこの特定のパルス時間として0.75
〜1.5秒が示されたが、この時間はHCl供給量によ
って異なってくるのでこの時間に限定されるものではな
い。
FIG. 14 shows the etching rate and HCl when etching is performed using the above etching method.
It is the result of examining the relationship with the gas supply pulse time. 1 ML / c at a certain HCl pulse time as shown
It was confirmed that it had an etching rate of Cycle. In this embodiment, the specific pulse time is 0.75.
Although ~ 1.5 seconds is shown, this time is not limited to this time because it depends on the amount of HCl supplied.

【0113】上述のように本第8の実施例によると、1
原子層単位で制御されたエッチングを容易に行なうこと
ができ、1サイクルに要する時間も4〜8秒と従来の原
子層制御エッチング方法と比較して大幅に短縮させるこ
とができた。
As described above, according to the eighth embodiment, 1
Controlled etching can be easily performed on an atomic layer basis, and the time required for one cycle is 4 to 8 seconds, which is significantly shorter than that of the conventional atomic layer controlled etching method.

【0114】実施の形態9.次にこの発明の第9の実施
例による半導体装置の製造装置及びこの装置を用いた半
導体装置の製造方法について説明する。図15はこの発
明の第9の実施例による半導体装置の製造装置である化
合物半導体のエッチング装置の概略を示す断面構造図で
あり、図16は同装置の上面図である。図において、1
40は原料ガスインジェクタ、141はキャリアガスイ
ンジェクタ、142はH2ガスインジェクタ、143は
ウェハトレイ、144はウェハ、145は反応チャン
バ、146はサセプタ、147は排気口である。
Ninth Embodiment Next, a semiconductor device manufacturing apparatus and a semiconductor device manufacturing method using this apparatus according to a ninth embodiment of the present invention will be described. FIG. 15 is a sectional structural view showing an outline of a compound semiconductor etching apparatus which is a semiconductor device manufacturing apparatus according to a ninth embodiment of the present invention, and FIG. 16 is a top view of the apparatus. In the figure, 1
Reference numeral 40 is a source gas injector, 141 is a carrier gas injector, 142 is an H 2 gas injector, 143 is a wafer tray, 144 is a wafer, 145 is a reaction chamber, 146 is a susceptor, and 147 is an exhaust port.

【0115】まずこのエッチング装置の構成について説
明する。H2ガスインジェクタ142は複数個がサセプ
タ直上に配置されており、上記インジェクタ142より
噴出するH2 ガスによって形成される水素カーテン15
5によってサセプタ146は複数個の領域に分割され
る。本実施例では4つの領域151,152,153,
154に分割されている。原料ガスインジェクタ140
は上記分割された複数個の領域に独立に原料ガス、また
はエッチングガスを導入できるように複数個が配置され
ている。サセプタ146は回転機構を有しており、ウェ
ハ144はサセプタ146の回転ともに上記複数個に分
割された領域を順次移動できるように構成されている。
First, the structure of this etching apparatus will be described. A plurality of H 2 gas injectors 142 are arranged immediately above the susceptor, and the hydrogen curtain 15 formed by the H 2 gas ejected from the injectors 142 is used.
5, the susceptor 146 is divided into a plurality of regions. In this embodiment, there are four areas 151, 152, 153.
It is divided into 154. Raw material gas injector 140
Are arranged so that the source gas or the etching gas can be independently introduced into the divided regions. The susceptor 146 has a rotating mechanism, and the wafer 144 is configured so that the susceptor 146 can be sequentially moved in the plurality of divided regions as the susceptor 146 rotates.

【0116】次にエッチング方法について説明する。例
えば図16において領域151と153にAsH3 ガス
とHClガスとH2 ガスを同時に供給し、領域152と
154にはH2 ガスを供給するものとする。上記8の実
施例で説明したとおり過剰なAsH3 供給下においては
GaAs表面からのGaCl3 の脱離のみ生じ、AsC
3 の脱離は抑制される。即ちウェハ144が領域15
1又は領域153に位置するときにはGaの脱離のみ
を、領域152又は領域154に位置するときにはAs
の脱離のみを選択的に行なうことができ、1原子層単位
で制御されたエッチングを行なうことができる。またサ
セプタの回転により、複数個に分割した領域をウェハが
移動するように構成されているので、1サイクルのエッ
チングにかかる時間が従来のエッチング方法として比較
して大幅に短縮できる。
Next, the etching method will be described. For example simultaneously supplying AsH 3 gas and HCl gas and H 2 gas in the region 151 and 153 in FIG. 16, the region 152 and 154 and supplies the H 2 gas. As described in Example 8 above, under the excessive supply of AsH 3 , only GaCl 3 is desorbed from the GaAs surface, and AsC
Desorption of l 3 is suppressed. That is, the wafer 144 is in the area 15
1 or in the region 153, only Ga is desorbed, and in the region 152 or 154, As is released.
Can be selectively removed, and controlled etching can be performed in units of one atomic layer. Further, since the wafer is configured to move in a plurality of divided regions by the rotation of the susceptor, the time required for one cycle of etching can be greatly reduced as compared with the conventional etching method.

【0117】実施の形態10.次に本発明の第10の実
施例による量子細線構造の製造方法について説明する。
図17,図18はGaAs基板23にV字型の溝を形成
し、その上にAlGaAs/GaAs多重層構造161
を形成したときの、V字溝内部への成長形態を示す図で
ある。ここでGaAs基板23の主面は(100)面で
あり、V字溝は図17では[011]方向に第3の実施
例に示した方法により形成し、図18では[0/11]
方向に硫酸系のウェットエッチングによりそれぞれ形成
した。図17に示すように[011]方向のV字溝が形
成されている場合、V字の側面は(111)B面とな
る。MOCVDの典型的な成長条件においては、(11
1)B面と垂直な方向には成長速度を持たないため、V
字側面は未成長面162を形成する。V字内部にはV字
外部と連続性を持たない成長が生じ、(111)B面よ
りもやや角度の浅い面を成長フロント163とした成長
形態を示すことが明らかになった。この成長フロント1
63の面方位をその角度から同定したところ(311)
B面であること確認された。
Embodiment 10. FIG. Next, a method of manufacturing the quantum wire structure according to the tenth embodiment of the present invention will be described.
17 and 18, a V-shaped groove is formed in a GaAs substrate 23, and an AlGaAs / GaAs multilayer structure 161 is formed on the V-shaped groove.
It is a figure which shows the growth form inside a V-shaped groove at the time of forming. Here, the main surface of the GaAs substrate 23 is the (100) plane, and the V-shaped groove is formed in the [011] direction in FIG. 17 by the method shown in the third embodiment, and in FIG. 18, [0/11].
Direction were formed by sulfuric acid-based wet etching. When the V-shaped groove in the [011] direction is formed as shown in FIG. 17, the side surface of the V-shaped surface is the (111) B surface. Under typical growth conditions of MOCVD, (11
1) Since there is no growth rate in the direction perpendicular to the B plane, V
The character side surface forms an ungrown surface 162. It was revealed that the growth which does not have continuity with the outside of the V-shape occurs inside the V-shape, and the growth front has a growth front 163 on the surface slightly shallower than the (111) B plane. This growth front 1
The surface orientation of 63 was identified from that angle (311)
It was confirmed that it was the B side.

【0118】一方図18に示すように、[0/11]方
向にV字溝を形成した場合、V字の側面は(111)A
面となる。(111)A面上の成長速度は(100)面
上の成長速度とほぼ等しいため、図18に示したように
V字内部とV字外部とは成長に連続性があり、面に沿う
ように平行に成長が進んでいく。図32に示す従来例の
問題点の説明のところでも述べたとおり、このような成
長形態を用いたのでは良好な量子細線を得ることは困難
であった。さらに図17に示したような(111)B面
を側面にもつV字溝の形態は通常のウェットエッチング
では困難であった。
On the other hand, as shown in FIG. 18, when a V-shaped groove is formed in the [0/11] direction, the side surface of the V-shaped groove is (111) A.
It becomes a face. Since the growth rate on the (111) A plane is almost equal to the growth rate on the (100) plane, the growth inside the V-shape and the outside outside the V-shape are continuous as shown in FIG. Growth progresses in parallel with. As described in the description of the problem of the conventional example shown in FIG. 32, it is difficult to obtain a good quantum wire by using such a growth mode. Further, the form of the V-shaped groove having the (111) B plane on its side surface as shown in FIG. 17 was difficult by ordinary wet etching.

【0119】図19はこの発明の第10の実施例による
量子細線の製造方法により作製された量子細線の構造を
示す断面図、図20はその製造工程を示す断面図であ
る。図において、181,183はAlGaAs層、1
82はGaAs量子細線、184はGaAs第2キャッ
プ層、185はGaAs第1キャップ層、186はSi
N膜である。
FIG. 19 is a sectional view showing the structure of a quantum wire manufactured by the method for manufacturing a quantum wire according to the tenth embodiment of the present invention, and FIG. 20 is a sectional view showing the manufacturing process thereof. In the figure, 181, 183 are AlGaAs layers, 1
Reference numeral 82 is a GaAs quantum wire, 184 is a GaAs second cap layer, 185 is a GaAs first cap layer, and 186 is Si.
It is an N film.

【0120】次に、工程について説明する。まずGaA
s基板180上にAlGaAs層181とGaAs第1
キャップ層185をMOCVD法により順次形成する
(図20(a) )。次に選択マスクとなるSiN膜186
を形成する。このときSiN膜の開口部は[011]方
向が長手方向となるように形成しておく(図20(b)
)。次に第3の実施例で示した方法により側面が(1
11)B面で構成されるV字型の溝を形成し(図20
(c) )、引き続いて同一チャンバー内でGaAs量子細
線182,AlGaAs層183,GaAs第2キャッ
プ層184をV字溝に選択成長する。ここで、GaAs
量子細線182は所望の量子効果が得られるように、そ
の幅が例えば20〜30nm程度となるように結晶成長
量をコントロールする。(111)B面を側面とするV
溝内部には図17に示したように成長するので、図19
に示すようなGaAs量子細線が容易に得られる。
Next, the steps will be described. First GaA
The AlGaAs layer 181 and the GaAs first layer are formed on the s substrate 180.
The cap layer 185 is sequentially formed by the MOCVD method (FIG. 20 (a)). Next, a SiN film 186 to be a selection mask
To form. At this time, the opening of the SiN film is formed so that the [011] direction becomes the longitudinal direction (FIG. 20 (b)).
). Then, by the method shown in the third embodiment, the side surface (1
11) Form a V-shaped groove composed of the B side (see FIG. 20).
(c)) Subsequently, the GaAs quantum wires 182, the AlGaAs layer 183, and the GaAs second cap layer 184 are selectively grown in the V-shaped groove in the same chamber. Where GaAs
The quantum wire 182 controls the amount of crystal growth so that the width thereof is, for example, about 20 to 30 nm so that a desired quantum effect can be obtained. V with (111) B side
Since the inside of the groove grows as shown in FIG.
A GaAs quantum wire as shown in (3) can be easily obtained.

【0121】このように本実施例では、(100)面を
主面とするGaAs基板上にAlGaAs層を形成し、
該AlGaAs層上に[011]方向を長手方向とする
ストライプ状開口を有するSiN膜パターンを形成し、
これをマスクとして上記AlGaAs層を第3の実施例
で示した方法によりエッチングして(111)B面で構
成されたV字型の溝を形成し、この(111)B面で構
成されたV字型の溝の底部付近にGaAs層を結晶成長
し、引き続いてAlGaAs層を結晶成長して溝を埋め
込むようにしたので、量子細線を制御性よく形成するこ
とができる。
As described above, in this embodiment, the AlGaAs layer is formed on the GaAs substrate having the (100) plane as the main surface,
A SiN film pattern having a stripe-shaped opening having a [011] direction as a longitudinal direction is formed on the AlGaAs layer,
Using this as a mask, the AlGaAs layer is etched by the method shown in the third embodiment to form a V-shaped groove composed of the (111) B plane, and the V composed of the (111) B plane is formed. Since the GaAs layer is crystal-grown near the bottom of the V-shaped groove and the AlGaAs layer is subsequently crystal-grown to fill the groove, the quantum wire can be formed with good controllability.

【0122】なお、上記実施例では(100)面を主面
とする基板を用い、(111)B面を側面とするV字型
の溝を形成するようにしたものについて示したが、(1
00)面と結晶工学的に等価な{100}面を主面とす
る基板を用い、〈011〉方向を長手とするストライプ
状開口を有するパターンをマスクとして上記実施例と同
様のエッチングを行なえば、(111)B面と結晶工学
的に等価な{111}B面を側面とするV字型の溝が得
られ、これを埋め込むようにすれば、上記実施例と同様
の効果が得られるものである。
In the above embodiment, the substrate having the (100) plane as the main surface was used and the V-shaped groove having the (111) B plane as the side surface was formed.
If a substrate having a {100} plane, which is crystallographically equivalent to the (00) plane, as a main surface is used and a pattern having a stripe-shaped opening having a <011> direction as a longitudinal direction is used as a mask, the same etching as in the above-described embodiment is performed. , A V-shaped groove having a {111} B plane as a side surface, which is crystallographically equivalent to the (111) B plane, is obtained, and by embedding this groove, the same effect as that of the above-mentioned embodiment can be obtained. Is.

【0123】実施の形態11.図21は本発明の第11
の実施例による量子細線構造の製造方法により作製され
た量子細線構造を示す断面図である。本願発明者の1人
は以前半導体装置とその製造方法という名称の量子細線
とその製造方法に関する発明を行なっている(特願平2
−335827)。本第11の実施例による量子細線構
造の製造方法は、構造的には上記特願平2−33582
7に示したものと同一の量子細線構造を製造する方法を
改良し、より高品質な量子細線が得られるようにしたも
のである。図において、190は半絶縁性GaAs基
板、191は高抵抗(以下i−と記す)GaAs層、1
92はi−AlGaAsスペーサ層、193はn+−G
aAsキャップ層、194は量子細線、195はSiN
膜、196はn+−GaAsキャップ層、197はn−
AlGaAs電子供給層である。
Eleventh Embodiment FIG. 21 shows the eleventh aspect of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a quantum wire structure manufactured by the method for manufacturing a quantum wire structure according to the example of FIG. One of the inventors of the present application has previously made an invention relating to a semiconductor device, a quantum wire called a manufacturing method thereof, and a manufacturing method thereof (Japanese Patent Application No. Hei.
-335827). The method of manufacturing the quantum wire structure according to the eleventh embodiment is structurally described in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2-33582.
The method for producing the same quantum wire structure as that shown in FIG. 7 is improved so that a higher quality quantum wire can be obtained. In the figure, 190 is a semi-insulating GaAs substrate, 191 is a high resistance (hereinafter referred to as i-) GaAs layer, 1
92 is an i-AlGaAs spacer layer, 193 is n + -G
aAs cap layer, 194 quantum wires, 195 SiN
Film, 196 is n + -GaAs cap layer, 197 is n-
This is an AlGaAs electron supply layer.

【0124】次に製造工程について説明する。図22は
図21に示す構造を同一基板上に複数形成した量子細線
構造を作製する方法を示す断面工程図であり、図におい
て、図21と同一符号は同一又は相当部分である。まず
(100)面を表面とする半絶縁性GaAs基板190
上にi−GaAs層191,i−AlGaAsスペーサ
層192,n+−GaAsキャップ層193をMOCV
D法により順次結晶成長し、さらにn+−GaAsキャ
ップ層193上にSiN膜195を成膜し、このSiN
膜195をパターニングして相互に平行な複数のストラ
イプ状開口部を形成する(図22(a) )。このときSi
N膜のストライプ状開口部は[011]方向が長手方向
となるように形成しておく。次に第3の実施例で示した
エッチング方法を用いて、図22(b) に示すように、V
字型の溝を形成し、引き続いて同一チャンバー内におい
てn−AlGaAs電子供給層197とn+−GaAs
キャップ層196をV字溝内部に選択成長する(図22
(c) )。このときV字溝のエッチングに先立って上記第
1の実施例又は第2の実施例による半導体装置の製造方
法で用いた方法により表面クリーニングを施しておくこ
とが望ましい。次に、図22(d) に示すようにSiN膜
195を除去した後、図22(e) に示すようにn+−G
aAsキャップ層196をウェハ全面に形成する。
Next, the manufacturing process will be described. 22 is a cross-sectional process diagram showing a method for producing a quantum wire structure in which a plurality of the structures shown in FIG. 21 are formed on the same substrate. In the figure, the same symbols as in FIG. 21 are the same or corresponding parts. First, a semi-insulating GaAs substrate 190 whose surface is the (100) plane
An i-GaAs layer 191, an i-AlGaAs spacer layer 192, and an n + -GaAs cap layer 193 are provided on the MOCV.
Crystal growth is sequentially performed by the D method, and a SiN film 195 is further formed on the n + -GaAs cap layer 193.
The film 195 is patterned to form a plurality of stripe-shaped openings parallel to each other (FIG. 22 (a)). At this time Si
The stripe-shaped openings of the N film are formed so that the [011] direction is the longitudinal direction. Next, using the etching method shown in the third embodiment, as shown in FIG.
A V-shaped groove is formed, and subsequently, the n-AlGaAs electron supply layer 197 and the n + -GaAs are formed in the same chamber.
A cap layer 196 is selectively grown inside the V-shaped groove (FIG. 22).
(c)). At this time, it is desirable to perform surface cleaning by the method used in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment or the second embodiment before etching the V-shaped groove. Next, after removing the SiN film 195 as shown in FIG. 22D, n + -G is removed as shown in FIG.
An aAs cap layer 196 is formed on the entire surface of the wafer.

【0125】上記の方法により作製された量子細線構造
では、V字溝の底部(頂点)付近のごく狭い領域のi−
GaAs層に選択的に量子細線194が形成される。こ
のような構造で量子細線194が形成される理由は上記
特願平2−335827に詳しく説明してあるとおりで
ある。
In the quantum wire structure manufactured by the above method, the i-in a very narrow region near the bottom (apex) of the V-shaped groove.
Quantum wires 194 are selectively formed in the GaAs layer. The reason why the quantum wire 194 is formed in such a structure is as described in detail in Japanese Patent Application No. 2-335827.

【0126】本第11の実施例によれば、ウェットエッ
チングと再成長を組み合わせた従来の量子細線の製造方
法と異なり、精度よく量子細線を形成でき、またV字溝
のエッチングに先立って上記第1の実施例又は第2の実
施例による半導体装置の製造方法で用いた方法により表
面クリーニングを施しておくことにより、再成長界面に
不純物の偏析しない良質な量子細線が得られる。
According to the eleventh embodiment, unlike the conventional method for manufacturing a quantum wire by combining wet etching and regrowth, the quantum wire can be formed with high accuracy, and the above-described first method is used before the V-shaped groove is etched. By performing the surface cleaning by the method used in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment or the second embodiment, a good quality quantum wire in which impurities are not segregated at the regrowth interface can be obtained.

【0127】なお、上記第11の実施例においては、キ
ャップ層193としてn+−GaAsを用いた場合につ
いて示したが、n+−GaAsのかわりにi−GaAs
を用いてもよい。
In the eleventh embodiment described above, n + -GaAs is used as the cap layer 193, but i-GaAs is used instead of n + -GaAs.
May be used.

【0128】実施の形態12.次に、本発明の第12の
実施例による半導体レーザの製造方法について説明す
る。図23は本発明の第12の実施例による半導体レー
ザの製造方法を示す断面工程図である。図において、2
00はn−GaAs基板、201はn−GaAsバッフ
ァ層、202はn−AlGaAsクラッド層、203は
アンドープGaAs活性層、204はp−AlGaAs
クラッド層、205はn−GaAs電流ブロック層、2
06はp−GaAsコンタクト層、207はSiO2
パターンである。
Twelfth Embodiment Next explained is a method for manufacturing a semiconductor laser according to the twelfth embodiment of the invention. FIG. 23 is a sectional process view showing the method for manufacturing the semiconductor laser according to the twelfth embodiment of the present invention. In the figure, 2
00 is an n-GaAs substrate, 201 is an n-GaAs buffer layer, 202 is an n-AlGaAs cladding layer, 203 is an undoped GaAs active layer, and 204 is p-AlGaAs.
Clad layer, 205 is an n-GaAs current blocking layer, 2
Reference numeral 06 is a p-GaAs contact layer, and 207 is a SiO 2 film pattern.

【0129】まずn−GaAs基板200上にMOCV
D法によりn−GaAsバッファ層201,n−AlG
aAsクラッド層202,アンドープGaAs活性層2
03,p−AlGaAsクラッド層204,n−GaA
s電流ブロック層205,及びp−GaAsコンタクト
層206を順次結晶成長する。次にスパッタによりコン
タクト層206上にSiO膜207を成膜し、通常の写
真製版を用いてSiO 2 膜207をパターニングし、図
23(a) に示すように、ストライプ状の開口部を形成す
る。ここで開口部のストライプ方向は[011]方向で
ある。図24は図23(a) に示す工程で形成されるスト
ライプ状開口部の形状をより明確に示すための斜視図で
ある。次にMOCVD反応管内で、例えばHClガスを
用いたガスエッチングにより、p−GaAsコンタクト
層206,及びn−GaAs電流ブロック層205をエ
ッチングする。この溝の側面は(111)B面である。
なお、このエッチングとして上記第3の実施例に示すエ
ッチング法を用いることができることはいうまでもな
い。また、エッチングに際し、上記第1の実施例又は第
2の実施例による半導体装置の製造方法で用いた方法に
より表面クリーニングを施しておくことが望ましい。次
にMOCVD法によりp−AlGaAsクラッド層20
8,p−GaAsコンタクト層209を順次成長する。
この成長において側面である(111)B面は成長しな
い面であるため、図25に示すように、溝は底面からの
成長により埋まり、表面は図23(c) に示すようにフラ
ットに埋まる。
First, the MOCV is formed on the n-GaAs substrate 200.
N-GaAs buffer layer 201, n-AlG by D method
aAs clad layer 202, undoped GaAs active layer 2
03, p-AlGaAs cladding layer 204, n-GaA
s current blocking layer 205 and p-GaAs contact
The layer 206 is sequentially grown. Next, the sputtering
A SiO film 207 is formed on the tact layer 206, and a normal copy is formed.
SiO using true plate 2 Pattern the film 207,
As shown in 23 (a), a striped opening is formed.
It Here, the stripe direction of the opening is the [011] direction.
is there. FIG. 24 shows the strike formed by the process shown in FIG.
A perspective view for more clearly showing the shape of the lip-shaped opening.
is there. Next, for example, HCl gas is added in the MOCVD reaction tube.
By gas etching used, p-GaAs contact
The layer 206 and the n-GaAs current blocking layer 205 are
Touch. The side surface of this groove is the (111) B surface.
The etching shown in the third embodiment is used as this etching.
It goes without saying that the etching method can be used.
Yes. Further, in etching, the first embodiment or the first embodiment
The method used in the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment
It is desirable to further perform surface cleaning. Next
P-AlGaAs clad layer 20 by MOCVD
8, p-GaAs contact layer 209 is grown sequentially.
In this growth, the (111) B plane, which is the side surface, does not grow.
As shown in Fig. 25, the groove is
It is buried by growth and the surface is flat as shown in Fig. 23 (c).
Buried in the hood.

【0130】この後、SiO膜207を除去し、ウェハ
表面にp側電極、基板裏面側にn側電極を形成し、劈開
等によりチップ単位に分割することにより半導体レーザ
が完成する。
After that, the SiO film 207 is removed, a p-side electrode is formed on the front surface of the wafer, an n-side electrode is formed on the rear surface of the substrate, and the semiconductor laser is completed by dividing into chips by cleavage or the like.

【0131】このように、本第12の実施例によれば、
従来とは90°異なる[011]方向を長手方向とする
ストライプ状の開口を有するパターンをマスクとして塩
素系ガスを用いてガスエッチングすることにより、電流
通路を形成するためのストライプ状溝を形成するように
したから、溝を、その表面がフラットとなるように埋め
込むことができ、結晶成長工程後の写真製版工程を容易
とでき、またレーザをジャンクションダウンで組み立て
た場合に活性層に圧縮応力がかかることを防止でき信頼
性を向上できる。
As described above, according to the twelfth embodiment,
A stripe-shaped groove for forming a current path is formed by gas etching using a chlorine-based gas with a pattern having a stripe-shaped opening having a [011] direction different from the conventional direction by 90 ° as a longitudinal direction. By doing so, the groove can be embedded so that the surface becomes flat, the photoengraving process after the crystal growth process can be facilitated, and when the laser is assembled by the junction down, the compressive stress is generated in the active layer. This can be prevented and reliability can be improved.

【0132】さらに、本実施例では埋め込み層が溝の底
面から順に埋まっていくので、p−GaAsコンタクト
層209をp−AlGaAs層208の埋め込み成長に
連続して成長させても、p−GaAsコンタクト層20
6と接続して成長させることができるので、図33の従
来例のようにp−GaAsコンタクト層306を埋め込
み成長工程とは別の結晶成長工程で成長させる必要はな
く、結晶成長工程を2回にすることができ、工程の短縮
化を図ることができる。なお、p−AlGaAs層20
8とp−GaAsコンタクト層209を一回の結晶成長
で連続して形成するのではなく、p−AlGaAs層2
08を埋め込んだ後、選択成長マスクパターン207を
除去して、ウェハ全面にp−GaAsコンタクト層20
9を結晶成長させるようにしてもよい。この場合は最初
の結晶成長工程でp−GaAsコンタクト層206まで
ではなく、図33の従来例と同様、n−GaAs電流ブ
ロック層205までを結晶成長するようにすればよい。
Further, in this embodiment, since the buried layer is filled in order from the bottom surface of the groove, even if the p-GaAs contact layer 209 is grown continuously to the buried growth of the p-AlGaAs layer 208, the p-GaAs contact layer 209 is grown. Layer 20
Therefore, it is not necessary to grow the p-GaAs contact layer 306 in a crystal growth step different from the buried growth step as in the conventional example of FIG. 33, and the crystal growth step is performed twice. Therefore, the process can be shortened. The p-AlGaAs layer 20
8 and the p-GaAs contact layer 209 are not continuously formed by one crystal growth, but the p-AlGaAs layer 2
After burying 08, the selective growth mask pattern 207 is removed, and the p-GaAs contact layer 20 is formed on the entire surface of the wafer.
9 may be crystal-grown. In this case, not only the p-GaAs contact layer 206 but also the n-GaAs current block layer 205 may be crystal-grown in the first crystal growth step as in the conventional example of FIG.

【0133】なお、上記実施例では(100)面を主面
とする基板を用い、(111)B面を側面とする溝を形
成するようにしたものについて示したが、(100)面
と結晶工学的に等価な{100}面を主面とする基板を
用い、〈011〉方向を長手とするストライプ状開口を
有するパターンをマスクとして上記実施例と同様のエッ
チングを行なえば、(111)B面と結晶工学的に等価
な{111}B面を側面とする溝が得られ、これを埋め
込むようにすれば、上記実施例と同様の効果が得られる
ものである。
In the above embodiment, the substrate having the (100) plane as the main surface was used and the groove having the (111) B plane as the side surface was formed. If a substrate having an engineering-equivalent {100} plane as the main surface is used and the same etching as that in the above-mentioned embodiment is carried out using a pattern having a stripe-shaped opening having the <011> direction as the longitudinal direction as a mask, (111) B A groove having a {111} B plane as a side surface, which is crystallographically equivalent to the plane, can be obtained, and by embedding this groove, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.

【0134】実施の形態13.次に、本発明の第13の
実施例による半導体レーザの製造方法について説明す
る。本実施例はAlGaAs系材料で信頼性の高い埋め
込みヘテロ構造の半導体レーザを得るものである。図2
6(a) 〜(d) は本発明の第13の実施例による半導体レ
ーザの製造方法を示す断面工程図である。図において、
210はn−GaAs基板、211はn−AlGaAs
クラッド層、212はアンドープGaAs活性層、21
3はp−AlGaAsクラッド層、214はSiO2
パターン、215はi−GaAs電流ブロック層、21
6はp−GaAsコンタクト層である。
Thirteenth Embodiment Next explained is a method for manufacturing a semiconductor laser according to the thirteenth embodiment of the invention. This embodiment is intended to obtain a highly reliable buried heterostructure semiconductor laser made of an AlGaAs material. Figure 2
6 (a) to 6 (d) are sectional process drawings showing a method for manufacturing a semiconductor laser according to a thirteenth embodiment of the present invention. In the figure,
210 is an n-GaAs substrate, 211 is n-AlGaAs
Clad layer, 212 is an undoped GaAs active layer, 21
3 is a p-AlGaAs cladding layer, 214 is a SiO 2 film pattern, 215 is an i-GaAs current blocking layer, 21
6 is a p-GaAs contact layer.

【0135】次に製造工程について説明する。まずn−
GaAs基板210上にMOCVD法によりn−AlG
aAsクラッド層211,アンドープGaAs活性層2
12,p−AlGaAsクラッド層213を順次結晶成
長する。なお、図示しないが、p−AlGaAsクラッ
ド層213上にはp−GaAsキャップ層を結晶成長す
る。次にスパッタによりウェハ上にSiO膜214を成
膜し、通常の写真製版を用いてSiO2膜207をパタ
ーニングし、図26(a) に示すように、ストライプ状の
パターンを形成する。ここでパターン214のストライ
プ方向は[011]方向である。次にMOCVD反応管
内で、例えばHClガスを用いたガスエッチングによ
り、図26(b) に示すように、ダブルヘテロ構造をリッ
ジ状にエッチング成形する。このリッジの側壁は(11
1)B面である。このとき、エッチングに際し、上記第
1の実施例又は第2の実施例による半導体装置の製造方
法で用いた方法により表面クリーニングを施す。なお、
このエッチングとして上記第3の実施例に示すエッチン
グ法を用いることができることはいうまでもない。エッ
チング工程に連続して、MOCVD法によりi−GaA
s電流ブロック層215を結晶成長し、図26(c) に示
すように、リッジを埋め込む。その後、SiO 2膜パタ
ーン214を除去し、図26(d) に示すように、ウェハ
全面にp−GaAsコンタクト層を結晶成長する。
Next, the manufacturing process will be described. First n-
N-AlG is formed on the GaAs substrate 210 by MOCVD.
aAs clad layer 211, undoped GaAs active layer 2
12, p-AlGaAs clad layer 213 is sequentially crystallized
Lengthen. Although not shown, p-AlGaAs
A p-GaAs cap layer is crystal-grown on the doped layer 213.
It Next, an SiO film 214 is formed on the wafer by sputtering.
Film and SiO using normal photoengraving2Pattern the membrane 207
And strip it into stripes as shown in Fig. 26 (a).
Form a pattern. Here is the strike of pattern 214
The direction is the [011] direction. Next, MOCVD reaction tube
Inside, for example, by gas etching using HCl gas.
As shown in FIG. 26 (b), the double hetero structure is
Etching-molded into a shape. The side wall of this ridge is (11
1) Side B. At this time, when etching,
Manufacturing method of semiconductor device according to first embodiment or second embodiment
Surface cleaning is performed by the method used in the method. In addition,
As this etching, the etching shown in the third embodiment is performed.
It goes without saying that the Gug method can be used. Eh
I-GaA by MOCVD method following the ching process.
The s-current blocking layer 215 was crystal-grown and shown in FIG. 26 (c).
So that the ridge is embedded. After that, SiO 2Membrane pattern
The wafer 214 is removed and, as shown in FIG.
A p-GaAs contact layer is crystal-grown on the entire surface.

【0136】この後、コンタクト層216表面にp側電
極、基板210裏面側にn側電極を形成し、劈開等によ
りチップ単位に分割することにより半導体レーザが完成
する。
Thereafter, a p-side electrode is formed on the front surface of the contact layer 216 and an n-side electrode is formed on the rear surface of the substrate 210, and the semiconductor laser is completed by dividing into chip units by cleavage or the like.

【0137】AlGaAs系材料では、再成長界面に界
面準位が形成されやすいため、活性層を含むダブルヘテ
ロ構造をリッジ状にエッチングした後にこれを電流ブロ
ック層で埋め込む、いわゆる埋め込みヘテロ構造のレー
ザを作製した場合、活性層の再成長界面部分での劣化が
著しく、信頼性が極めて低いという問題点があったが、
本実施例では、エッチングに際し、上記第1の実施例又
は第2の実施例による半導体装置の製造方法で用いた方
法により表面クリーニングを施すことにより、再成長界
面を清浄なものとでき、界面準位が形成されにくくする
ことができ、AlGaAs系材料からなる埋め込みヘテ
ロレーザの信頼性を向上できる。
Since an interface state is likely to be formed at the regrowth interface in the AlGaAs material, a so-called buried hetero structure laser in which a double hetero structure including an active layer is etched in a ridge shape and then embedded in a current block layer is used. When manufactured, there was a problem that the re-growth interface portion of the active layer was significantly deteriorated and the reliability was extremely low.
In this embodiment, during etching, the surface of the regrown interface can be made clean by performing surface cleaning by the method used in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment or the second embodiment. It is possible to make it difficult to form the positions, and it is possible to improve the reliability of the embedded heterolaser made of an AlGaAs material.

【0138】なお、上記実施例では、電流ブロック層を
高抵抗のGaAs層で構成したものについて示したが、
図26(e) に示す変形例のように、p−GaAs層21
7,及びn−GaAs層218の二層構造とし、pnp
nサイリスタによる電流阻止構造を構成するようにして
もよい。
In the above embodiment, the current blocking layer is composed of the high resistance GaAs layer.
As in the modified example shown in FIG. 26E, the p-GaAs layer 21
7 and an n-GaAs layer 218 having a two-layer structure, and pnp
You may make it comprise the electric current blocking structure by an n thyristor.

【0139】実施の形態14.以下、この発明の第14
の実施例を図について説明する。図27は本発明の第1
4の実施例による結晶成長方法を示す工程図であり、図
において、401はSi基板、402はシリコンナイト
ライド膜(以下、SiN膜と称す)、403はGaAs
層である。
Fourteenth Embodiment Hereinafter, the fourteenth aspect of the present invention
An example of the above will be described with reference to the drawings. FIG. 27 shows the first of the present invention.
4 is a process diagram showing a crystal growth method according to the fourth embodiment, in which 401 is a Si substrate, 402 is a silicon nitride film (hereinafter referred to as SiN film), and 403 is GaAs.
It is a layer.

【0140】以下、工程を説明する。まず、図27(a)
に示すSi基板401上に、図27(b) に示すようにS
iN膜402を例えばプラズマCVD法によって形成す
る。
The steps will be described below. First, FIG. 27 (a)
On the Si substrate 401 shown in FIG.
The iN film 402 is formed by, for example, the plasma CVD method.

【0141】次に、図27(c) に示すように、上記Si
N膜402をデバイス作製領域を取り囲むようにパター
ニングを施す。次に、この基板をアンモニア水とH22
とH 2 Oの混合液(以下、RCA洗浄液と称す)で洗浄
する。Si基板をRCA洗浄液を用いて洗浄すると基板
表面に残留したレジスト等による汚染が完全に除去さ
れ、清浄なSi表面にした後、弱く結合した酸化膜が形
成される。上記酸化膜はMOCVD反応炉で成長前に熱
処理を施すことにより、容易に除去される。
Next, as shown in FIG. 27 (c), the Si
A pattern is formed so that the N film 402 surrounds the device manufacturing region.
Give training. Next, this substrate is treated with ammonia water and H.2O2
And H 2 Cleaning with a mixed solution of O (hereinafter referred to as RCA cleaning solution)
To do. When a Si substrate is cleaned with an RCA cleaning solution, the substrate
Contamination due to resist remaining on the surface is completely removed.
After forming a clean Si surface, a weakly bonded oxide film is formed.
Is made. The oxide film is heated in a MOCVD reactor before it is grown.
It is easily removed by the treatment.

【0142】次に、熱処理を施してSi表面の清浄化を
行った後、図27(d) に示すように、21階成長法によ
りGaAs層403を所望の厚みだけ形成する。ここ
で、低温バッファ層形成は、原料であるAsH3 ガス,
及びトリメチルガリウム(TMG)と共にHClガスを
同時に供給することにより行った。本実施例において
は、HClガスのTMGに対するモル流量比が0.25
となるようにした。通常のMOCVD成長においては、
500℃以下の温度領域においては絶縁膜上へのポリク
リスタルの析出が生じ、良好な選択成長が得られないの
に対し、本実施例のように成長中に微量のHClガスを
導入することにより、ポリクリスタルの析出は完全に抑
制され、良好な選択成長が得られた。この結果、低温バ
ッファ層形成後に引き続いてGaAsの成長に適した7
00℃程度の温度で所望の厚みのGaAs層を成長した
際に、絶縁膜上へのポリクリスタルの析出はなく、絶縁
膜でパターニングされていない部分にのみGaAs層を
成長することができた。
Next, after heat treatment is performed to clean the Si surface, as shown in FIG. 27D, a GaAs layer 403 is formed to a desired thickness by the 21st growth method. Here, the low temperature buffer layer is formed by using AsH 3 gas as a raw material,
And trimethylgallium (TMG) together with HCl gas at the same time. In this embodiment, the molar flow ratio of HCl gas to TMG is 0.25.
So that In normal MOCVD growth,
In the temperature range of 500 ° C. or lower, polycrystal is deposited on the insulating film and good selective growth cannot be obtained. On the other hand, by introducing a slight amount of HCl gas during the growth as in this example. , Polycrystal precipitation was completely suppressed, and good selective growth was obtained. As a result, after the low temperature buffer layer was formed, it was suitable for the growth of GaAs.
When a GaAs layer having a desired thickness was grown at a temperature of about 00 ° C., no polycrystal was deposited on the insulating film, and the GaAs layer could be grown only on the portion not patterned by the insulating film.

【0143】発明が解決しようとする課題の項でも述べ
たように、従来の技術においては低温バッファ層を良好
に選択成長することが困難であり、この結果クラックを
抑制することができないという問題点があった。そのた
め、従来例で述べたメサ溝によるクラックの伝播防止策
が採用され、効果を奏することを確認したが、この場合
は、ウエハ上にレジストが残留した状態で高温成長を行
なうことにより菱形状ピットが発生し、この菱形状ピッ
トを起点としてクラックが発生するため、クラックの完
全な抑制には至っていなかった。
As described in the section of the problem to be solved by the invention, it is difficult to satisfactorily selectively grow the low temperature buffer layer in the conventional technique, and as a result, cracks cannot be suppressed. was there. Therefore, it was confirmed that the measures to prevent the propagation of cracks by the mesa groove described in the conventional example were adopted and the effect was achieved. In this case, the diamond-shaped pits were formed by performing high temperature growth with the resist remaining on the wafer. Occurred, and cracks started from the diamond-shaped pits as starting points, so cracks were not completely suppressed.

【0144】本第14の実施例では、絶縁膜によるパタ
ーニングを施した後、Si基板のクリーニングをRCA
洗浄により行い、しかる後GaAs層を上述の方法によ
り成長するようにしたので、良好な選択成長を行うこと
ができた。ウエハ端から発生するクラックは全て絶縁膜
で遮断され、デバイス領域へのクラックの伝播は全くな
かった。さらに、選択成長領域は充分にクリーニングが
施されたSi基板上に行うことができるので、従来例に
見られたような菱形状のピットは発生せず、この菱形状
のピットによるクラックの発生も完全に抑制することが
できた。
In the fourteenth embodiment, after the insulating film is patterned, the Si substrate is cleaned by RCA.
Since the cleaning was performed and then the GaAs layer was grown by the above-described method, good selective growth could be performed. All the cracks generated from the edge of the wafer were blocked by the insulating film, and the cracks did not propagate to the device region at all. Furthermore, since the selective growth region can be formed on a sufficiently cleaned Si substrate, the diamond-shaped pits as in the conventional example do not occur, and the diamond-shaped pits also cause cracks. I was able to suppress it completely.

【0145】なお、上記第14の実施例においては、S
i基板上にGaAsを成長した場合について説明した
が、Si基板上にInPを成長する場合、またはGaA
s基板上にInPを成長する場合でも同様の効果を奏す
ることを確認した。ここで、基板がGaAsである場合
は、絶縁膜パターン形成後に基板表面を充分にクリーニ
ングすることが困難である。しかし、本発明では、表面
にレジストが残留したGaAs層上に直接高温成長を行
なう従来の方法と異なり、この充分に清浄ではないGa
As基板上にはじめに形成されるのは低温バッファ層で
あるので、基板上の不純物を原因とする菱形状のピット
は発生しにくく、クラックを充分抑制することができる
ものである。
In the fourteenth embodiment, S
The case where GaAs is grown on the i substrate has been described, but the case where InP is grown on the Si substrate or GaA is used.
It was confirmed that the same effect was obtained even when InP was grown on the s substrate. Here, when the substrate is GaAs, it is difficult to sufficiently clean the surface of the substrate after forming the insulating film pattern. However, in the present invention, unlike the conventional method in which high temperature growth is directly performed on the GaAs layer where the resist remains on the surface, this Ga that is not sufficiently clean is used.
Since the low-temperature buffer layer is first formed on the As substrate, diamond-shaped pits caused by impurities on the substrate are unlikely to occur and cracks can be sufficiently suppressed.

【0146】また、その他の異種基板上結晶成長に関し
ても本技術を用いることにより、上記第14の実施例で
示した同様の効果が得られることは容易に類推できる。
Further, it can be easily inferred that the same effect as shown in the fourteenth embodiment can be obtained by using the present technique for the crystal growth on other kinds of substrates.

【0147】実施の形態15.図28はこの発明の第1
5の実施例による結晶成長方法を説明するための図であ
る。このグラフはGaAs基板上にGaAsをMOCV
D成長する際に、結晶成長時にHClガスを添加するこ
とによる成長速度の変化を示したものである。
Fifteenth Embodiment FIG. 28 shows the first of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining a crystal growth method according to the fifth example. This graph shows MOCV of GaAs on a GaAs substrate.
It shows changes in the growth rate due to the addition of HCl gas during crystal growth during D growth.

【0148】図に示すように、HCl流量が3sccm以下
の領域では成長速度はほとんど変化しないのに対し、H
Clガス流量が5sccm以上では、HClガス流量増加に
伴って成長速度が減少することが確認された。これはH
Clガスによるエッチング作用が材料ガスによる成長作
用と同時に起こっていることを反映している。この図か
ら、MOCVDによる均一性,再現性を損なうことな
く、選択成長性のみを改善するためには、HClガス流
量を一定量以下に設定することが極めて重要であること
が確認できる。すなわち、HClガスのTMGに対する
モル流量比が概略0.3以下となるようにHClガス流
量を設定することが極めて重要である。
As shown in the figure, in the region where the HCl flow rate is 3 sccm or less, the growth rate hardly changes, while the H
It was confirmed that when the Cl gas flow rate was 5 sccm or more, the growth rate decreased as the HCl gas flow rate increased. This is H
This reflects that the etching action by Cl gas occurs at the same time as the growth action by material gas. From this figure, it can be confirmed that it is extremely important to set the HCl gas flow rate to a certain amount or less in order to improve only the selective growth property without impairing the uniformity and reproducibility by MOCVD. That is, it is extremely important to set the HCl gas flow rate such that the molar flow rate ratio of HCl gas to TMG is approximately 0.3 or less.

【0149】図29は、HClガスをMOCVD成長時
に同時に供給することによる結晶品質への影響について
調べた結果であり、GaAs基板上に成長したAl0.37
Ga0.63As層の4.2Kにおけるフォトルミネッセン
ス(PL)スペクトルを示している。図において、41
0はHCl流量をHClガスのIII 族ガスに対するモル
流量比([HCl]/[III ])を0.25に設定して
成長した場合の、411は1.0に設定して成長した場
合のAl0.37Ga0.63As成長層の4.2KにおけるP
Lスペクトルをそれぞれ示している。図に示すように
[HCl]/[III ]を0.25に設定した場合、PL
スペクトルは通常のMCOVD成長と同等の良好な結晶
性を示したのに対し、[HCl]/[III ]を1に設定
して成長したサンプルではPLピーク強度が約1/10
0に減少し、不純物発光のピークが支配的な振る舞いを
示した。このサンプルの不純物分析をSIMSの手法に
より調べたところ、Cl,Oが結晶中に混入しているこ
とが明らかになった。この結果は、HClガスを多量に
添加することで結晶品質が悪化したことを示している。
FIG. 29 shows the results of examining the influence on the crystal quality by supplying HCl gas at the same time during MOCVD growth. Al0.37 grown on a GaAs substrate was examined.
4 shows a photoluminescence (PL) spectrum of a Ga0.63As layer at 4.2K. In the figure, 41
0 is the case where the HCl flow rate is the growth rate when the molar flow rate ratio of the HCl gas to the group III gas ([HCl] / [III]) is 0.25, and 411 is the case where the growth rate is 1.0. P of Al0.37Ga0.63As growth layer at 4.2K
L spectra are shown respectively. As shown in the figure, when [HCl] / [III] is set to 0.25, PL
The spectrum showed good crystallinity equivalent to that of ordinary MCOVD growth, whereas the PL peak intensity was about 1/10 in the sample grown by setting [HCl] / [III] to 1.
It decreased to 0, and the behavior of the impurity emission peak was dominant. When the impurity analysis of this sample was examined by the SIMS method, it was revealed that Cl and O were mixed in the crystal. This result shows that the crystal quality was deteriorated by adding a large amount of HCl gas.

【0150】以上、図28,図29に示す実験の結果よ
り、[HCl]/[III ]は0.3以下に抑えることが
結晶品質の面からも、均一性、再現性確保の面からも極
めて重要であることが初めて示された。
As described above, from the results of the experiments shown in FIGS. 28 and 29, it is preferable to suppress [HCl] / [III] to 0.3 or less in terms of crystal quality, uniformity and reproducibility. It was first shown to be extremely important.

【0151】なお、上記実施例では、GaAs基板上に
GaAsあるいはAlGaAsを成長させた場合の結晶
品質について述べたが、Si基板上のGaAs成長等の
異種基板上の成長の際、特に低温バッファ層の成長の際
にHClガスを同時に供給する場合には、[HCl]/
[III ]を0.3以下にすることで結晶品質に優れ、か
つクラック発生を防止できる良好な選択成長が得られる
ことも確認した。
Although the crystal quality when GaAs or AlGaAs is grown on the GaAs substrate has been described in the above embodiment, it is particularly low temperature buffer layer when growing on a different substrate such as GaAs on Si substrate. When HCl gas is supplied at the same time when growing, [HCl] /
It was also confirmed that by setting [III] to 0.3 or less, excellent crystal quality and good selective growth capable of preventing crack generation can be obtained.

【0152】また、上記第14,第15の実施例では、
材料ガスと同時にHClガスを流すようにしたものにつ
いて示したが、HClガスの代わりにCl2 ガスを流す
ようにしても良く、上記各実施例と同様の効果を奏す
る。
In the fourteenth and fifteenth embodiments,
Although the case where the HCl gas is caused to flow at the same time as the material gas is shown, the Cl 2 gas may be caused to flow instead of the HCl gas, and the same effect as that of each of the above-described embodiments is obtained.

【0153】[0153]

【発明の効果】以上のように、この発明に係る半導体装
置の製造方法によれば、Alを構成元素として含む化合
物半導体に連続してAlを含まない化合物半導体保護層
を形成し、上記保護層上に絶縁膜による選択マスクを形
成した後、半導体ウェハを硫化アンモニウム溶液に浸漬
し、その後、反応管内において塩素系ガスを用いてドラ
エッチングを行ない、上記反応管内において上記ドラ
エッチング工程によって作製された微細構造をMOC
VDの手法を用いて化合物半導体層で埋め込むようにし
たので、不純物の偏析しない良好な再成長界面が得ら
れ、再成長層の結晶品質を向上できる効果がある。
As it is evident from the foregoing description, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, to form a compound semiconductor protective layer containing no Al was continued with the compound semiconductor containing as a constituent element Al, the protecting After forming a selective mask with an insulating film on the layer, the semiconductor wafer is dipped in an ammonium sulfide solution, and then a chlorine-based gas is used to dry the semiconductor wafer in the reaction tube.
Performs Lee etching, the gong in the reaction tube
(B) MOC of the fine structure produced by the etching process
Since the compound semiconductor layer is embedded by using the VD method, a good regrowth interface without segregation of impurities can be obtained, and the crystal quality of the regrowth layer can be improved.

【0154】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法によれば、Alを構成元素として含む化合物半導体
続してAlを含まない化合物半導体保護層を形成し、
上記保護層上に絶縁膜による選択マスクを形成した後、
半導体ウェハを反応管内にセットし、該反応管内におい
て上記保護層の表面酸化膜を除去し、その後、反応管内
において塩素系ガスを用いてドライエッチングを行な
い、上記反応管内において上記ドライエッチング工程に
よって作製された微細構造をMOCVDの手法を用いて
化合物半導体層で埋め込むようにしたので、不純物の偏
析しない良好な再成長界面が得られ、再成長層の結晶品
質を向上できる効果がある。
[0154] Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the compound semiconductor containing as a constituent element Al
Continuous to form a compound semiconductor protective layer that does not contain Al,
After forming a selection mask by an insulating film on the protective layer,
A semiconductor wafer is set in a reaction tube, the surface oxide film of the protective layer is removed in the reaction tube, dry etching is then performed in the reaction tube using a chlorine-based gas, and the dry etching process is performed in the reaction tube. Since the fine structure thus formed is filled with the compound semiconductor layer by using the MOCVD method, a good regrowth interface without segregation of impurities can be obtained, and the crystal quality of the regrowth layer can be improved.

【0155】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法によれば、上記Alを構成元素として含む化合物半導
体がAl x Ga 1-x As(0≦x≦1)であって、上記塩
素系ガスを用いたドライエッチングは、塩素系エッチン
グガスとV族ガスと水素ガスとを同時に供給することに
より行なうガスエッチングの手法を用い、上記塩素系エ
ッチングガスとしてHClガス又はCl2ガスを用い、
上記V族ガスとしてアルシン(AsH3)ガス,ターシ
ャリブチルアルシン(C49AsH2)ガス,又はトリ
メチルアルシン((CH33As)ガスのいずれかを用
い、かつ、上記V族ガスの分圧を8×10-3Torr以
上0.08Torr以下とし、かつ上記エッチングガス
流量に対する上記V族ガス流量の比を0.25以上2.
5以下として行なうようにしたので、極めて平滑なエッ
チング面が得られるとともに、エッチング面へのダメー
ジをも防止することができる効果がある。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a compound semiconductor containing Al as a constituent element is formed.
The body is Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1) and the salt is
Dry etching using an elemental gas uses a gas etching method that is performed by simultaneously supplying a chlorine-based etching gas, a group V gas, and a hydrogen gas, and uses HCl gas or Cl 2 gas as the chlorine-based etching gas. ,
Any one of arsine (AsH 3 ) gas, tert-butyl arsine (C 4 H 9 AsH 2 ) gas, or trimethylarsine ((CH 3 ) 3 As) gas is used as the group V gas, and the group V gas is used. 2. The partial pressure is set to 8 × 10 −3 Torr or more and 0.08 Torr or less, and the ratio of the group V gas flow rate to the etching gas flow rate is 0.25 or more.2.
Since 5 so as to line Nau below, with very smooth etching surface can be obtained, there is an effect that it is possible to prevent damage to the etched surface.

【0156】[0156]

【0157】[0157]

【0158】[0158]

【0159】[0159]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明の第1の実施例による半導体装置の
製造方法を説明するための図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 この発明の第1の実施例における化合物半導
体のエッチング方法の効果を説明するための不純物分析
の測定結果を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing measurement results of impurity analysis for explaining the effect of the compound semiconductor etching method in the first example of the present invention.

【図3】 この発明の第3の実施例による半導体装置の
製造方法を説明するための図である。
FIG. 3 is a drawing for explaining the manufacturing method of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図4】 この発明の第4の実施例による半導体レーザ
の製造方法を説明するための図である。
FIG. 4 is a drawing for explaining the manufacturing method of the semiconductor laser according to the fourth embodiment of the present invention.

【図5】 この発明の第5の実施例による半導体レーザ
の製造方法を説明するための図である。
FIG. 5 is a drawing for explaining the manufacturing method of the semiconductor laser according to the fifth embodiment of the present invention.

【図6】 この発明の第5の実施例による半導体レーザ
の製造方法を説明するための図である。
FIG. 6 is a drawing for explaining the manufacturing method of the semiconductor laser according to the fifth embodiment of the present invention.

【図7】 この発明の第4の実施例による半導体レーザ
の製造方法により作製された半導体レーザの一例を示す
図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a semiconductor laser manufactured by the method for manufacturing a semiconductor laser according to the fourth embodiment of the present invention.

【図8】 この発明の第6の実施例による窓付き屈折率
ガイド型半導体レーザの製造方法を示す断面工程図であ
る。
FIG. 8 is a sectional process view showing a method of manufacturing a refractive index guide type semiconductor laser with a window according to a sixth embodiment of the present invention.

【図9】 この発明の第6の実施例による窓付き屈折率
ガイド型半導体レーザの製造方法を示す断面工程図であ
る。
FIG. 9 is a sectional process view showing the method of manufacturing the index-guided semiconductor laser with window according to the sixth embodiment of the present invention.

【図10】 この発明の他の実施例にかかる窓付き屈折
率ガイド型半導体レーザの製造方法を説明するための斜
視図である。
FIG. 10 is a perspective view for explaining a method for manufacturing a refractive index guide type semiconductor laser with a window according to another embodiment of the present invention.

【図11】 この発明の第7の実施例によるリッジ型半
導体レーザの製造方法を示す断面工程図である。
FIG. 11 is a sectional process drawing showing the method of manufacturing the ridge type semiconductor laser according to the seventh embodiment of the present invention.

【図12】 この発明の第7の実施例によるリッジ型半
導体レーザの製造方法により作製されたリッジ型半導体
レーザの一例を示す斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view showing an example of a ridge type semiconductor laser manufactured by a method for manufacturing a ridge type semiconductor laser according to a seventh embodiment of the present invention.

【図13】 この発明の第8の実施例による半導体装置
の製造方法を説明するためのガス導入シーケンス図であ
る。
FIG. 13 is a gas introduction sequence diagram for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to an eighth embodiment of the present invention.

【図14】 この発明の第8の実施例による半導体装置
の製造方法を説明するためのエッチングレートを示す図
である。
FIG. 14 is a diagram showing an etching rate for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to an eighth embodiment of the present invention.

【図15】 この発明の第9の実施例による半導体装置
の製造装置の概略を示す断面構造図である。
FIG. 15 is a sectional structural view showing an outline of a semiconductor device manufacturing apparatus according to a ninth embodiment of the present invention.

【図16】 この発明の第9の実施例による半導体装置
の製造装置の概略を示す上面図である。
FIG. 16 is a top view showing the outline of a semiconductor device manufacturing apparatus according to a ninth embodiment of the present invention.

【図17】 この発明の第10の実施例による量子細線
構造の製造方法を説明するための図である。
FIG. 17 is a drawing for explaining the manufacturing method of the quantum wire structure according to the tenth embodiment of the present invention.

【図18】 この発明の第10の実施例による量子細線
構造の製造方法を説明するための図である。
FIG. 18 is a drawing for explaining the manufacturing method of the quantum wire structure according to the tenth embodiment of the present invention.

【図19】 この発明の第10の実施例による量子細線
構造の製造方法を説明するための図である。
FIG. 19 is a drawing for explaining the manufacturing method of the quantum wire structure according to the tenth embodiment of the present invention.

【図20】 この発明の第10の実施例による量子細線
構造の製造方法を説明するための図である。
FIG. 20 is a drawing for explaining the manufacturing method of the quantum wire structure according to the tenth embodiment of the present invention.

【図21】 この発明の第11の実施例による量子細線
構造の製造方法を説明するための図である。
FIG. 21 is a drawing for explaining the manufacturing method of the quantum wire structure according to the eleventh embodiment of the present invention.

【図22】 この発明の第11の実施例による量子細線
構造の製造方法を説明するための図である。
FIG. 22 is a drawing for explaining the manufacturing method of the quantum wire structure according to the eleventh embodiment of the present invention.

【図23】 この発明の第12の実施例による半導体レ
ーザの製造方法を示す断面工程図である。
FIG. 23 is a sectional process drawing showing the method of manufacturing the semiconductor laser according to the twelfth embodiment of the present invention.

【図24】 この発明の第12の実施例による半導体レ
ーザの製造方法を説明するための斜視図である。
FIG. 24 is a perspective view for explaining the method for manufacturing the semiconductor laser according to the twelfth embodiment of the present invention.

【図25】 この発明の第12の実施例による半導体レ
ーザの製造方法における埋め込み結晶成長の様子を示す
図である。
FIG. 25 is a diagram showing a state of embedded crystal growth in a method for manufacturing a semiconductor laser according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図26】 この発明の第13の実施例による半導体レ
ーザの製造方法を説明するための図である。
FIG. 26 is a drawing for explaining the manufacturing method of the semiconductor laser according to the thirteenth embodiment of the present invention.

【図27】 この発明の第14の実施例による結晶成長
方法を説明するための断面工程図である。
FIG. 27 is a sectional process drawing for explaining the crystal growing method according to the fourteenth embodiment of the present invention.

【図28】 この発明の第15の実施例による結晶成長
方法を説明するための成長速度とHCl流量との関係を
示す図である。
FIG. 28 is a diagram showing the relationship between the growth rate and the HCl flow rate for explaining the crystal growth method according to the fifteenth embodiment of the present invention.

【図29】 この発明の第15の実施例による結晶成長
方法を説明するための4.2Kにおけるフォトルミネッ
センススペクトルを示す図である。
FIG. 29 is a diagram showing a photoluminescence spectrum at 4.2 K for explaining the crystal growth method according to the fifteenth embodiment of the present invention.

【図30】 従来の化合物半導体のエッチング方法の問
題点を説明するための断面構造図である。
FIG. 30 is a cross-sectional structure diagram for explaining problems in a conventional method of etching a compound semiconductor.

【図31】 従来の化合物半導体のエッチング方法の問
題点を説明するための断面構造図である。
FIG. 31 is a cross-sectional structure diagram for explaining problems of a conventional compound semiconductor etching method.

【図32】 従来の化合物半導体のエッチング方法の問
題点を説明するための不純物分析結果を示す図である。
FIG. 32 is a diagram showing an impurity analysis result for explaining a problem of the conventional compound semiconductor etching method.

【図33】 従来の窓構造の半導体レーザの構造を説明
するための斜視図である。
FIG. 33 is a perspective view for explaining a structure of a conventional semiconductor laser having a window structure.

【図34】 従来の化合物半導体のエッチング方法を説
明するための図である。
FIG. 34 is a diagram for explaining a conventional compound semiconductor etching method.

【図35】 従来の量子細線レーザにおける量子細線の
問題点を説明するための図である。
FIG. 35 is a diagram for explaining a problem of a quantum wire in a conventional quantum wire laser.

【図36】 従来の半導体レーザの製造方法を示す断面
工程図である。
FIG. 36 is a sectional process diagram showing the conventional method for manufacturing a semiconductor laser.

【図37】 従来の半導体レーザの製造方法における埋
め込み結晶成長の様子を示す図である。
FIG. 37 is a diagram showing a state of embedded crystal growth in a conventional semiconductor laser manufacturing method.

【図38】 従来のSi基板上のGaAs成長方法の一
例を説明するための断面工程図である。
FIG. 38 is a sectional process diagram for explaining an example of the conventional GaAs growth method on a Si substrate.

【図39】 従来のSi基板上のGaAs成長方法の問
題点を説明するための図である。
FIG. 39 is a diagram for explaining a problem of a conventional GaAs growth method on a Si substrate.

【図40】 Si基板上のGaAs成長層のクラックの
発生とGaAs層の厚みとの関係を示す図である。
FIG. 40 is a diagram showing the relationship between the occurrence of cracks in the GaAs growth layer on the Si substrate and the thickness of the GaAs layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 再成長GaAs層、2 Alx Ga1-x As層、3
再成長界面、11GaAsキャップ層、12 酸化
膜、13 硫黄膜、21 SiN膜パターン、23 G
aAs基板、24 (011)面、25 (311)
面、26 (111)B面、50 n−GaAs基板、
51 n−Alx Ga1-x As第1クラッド層、52
活性層、53 p−Alx Ga1-x As第2クラッド
層、54n−GaAs電流ブロック層、55 p−Ga
As層、56 p−GaAsコンタクト層、57 発光
端面、70 p−GaAs層、71 高抵抗Aly Ga
1-y As窓・ブロック層、72 p−電極、73 n−
電極、120 AsH3供給領域、121 H2 パージ
領域、122 HCl供給領域、140 原料ガスイン
ジェクタ、141 キャリアガスインジェクタ、142
H2 ガスインジェクタ、143 ウェハトレイ、14
4 ウェハ、145 反応チャンバ、146 サセプ
タ、147 排気口、161 GaAs/AlGaAs
多重層、162 未成長面、163 成長フロント、1
81 AlGaAs層、182 GaAs量子細線、1
83 AlGaAs層、184 GaAsキャップ層、
185GaAsキャップ層、186 SiN膜、191
i−GaAs層、192i−AlGaAsスペーサ
層、193 n+−GaAsキャップ層、194 量子
細線、195 SiN膜、196 n+−GaAsキャ
ップ層、197 n−AlGaAs電子供給層、200
n−GaAs基板、201 n−GaAs層、202
n−AlGaAsクラッド層、203 アンドープG
aAs層、204 p−AlGaAsクラッド層、20
5 n−GaAs電流ブロック層、206 p−GaA
sコンタクト層、207 SiO2膜、208 p−A
lGaAs埋め込み層、209 p−GaAs埋め込み
層、401 Si基板、402SiN基板403 Ga
As層。
1 regrown GaAs layer, 2 Alx Ga1-x As layer, 3
  Regrowth interface, 11 GaAs cap layer, 12 oxidation
Film, 13 sulfur film, 21 SiN film pattern, 23 G
aAs substrate, 24 (011) plane, 25 (311)
Plane, 26 (111) B plane, 50 n-GaAs substrate,
51 n-Alx Ga1-x As first clad layer, 52
Active layer, 53 p-Alx Ga1-x  As second clad
Layer, 54n-GaAs current blocking layer, 55p-Ga
As layer, 56 p-GaAs contact layer, 57 light emission
End face, 70 p-GaAs layer, 71 High resistance Aly Ga
1-y As window / block layer, 72 p-electrode, 73 n-
Electrode, 120 AsH3Supply area, 121 H2 purge
Area, 122 HCl supply area, 140 source gas in
Injector, 141 carrier gas injector, 142
  H2 gas injector, 143 wafer tray, 14
4 wafers, 145 reaction chambers, 146 susceptors
147 exhaust port, 161 GaAs / AlGaAs
Multiple layers, 162 ungrown surface, 163 growth front, 1
81 AlGaAs layer, 182 GaAs quantum wire, 1
83 AlGaAs layer, 184 GaAs cap layer,
185 GaAs cap layer, 186 SiN film, 191
  i-GaAs layer, 192 i-AlGaAs spacer
Layer, 193 n+-GaAs cap layer, 194 quantum
Fine wire, 195 SiN film, 196 n+-GaAs
Layer, 197 n-AlGaAs electron supply layer, 200
  n-GaAs substrate, 201 n-GaAs layer, 202
  n-AlGaAs cladding layer, 203 undoped G
aAs layer, 204 p-AlGaAs cladding layer, 20
5 n-GaAs current blocking layer, 206 p-GaA
s contact layer, 207 SiO2Membrane, 208 p-A
lGaAs embedded layer, 209 p-GaAs embedded
Layer, 401 Si substrate, 402 SiN substrate 403 Ga
As layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 達也 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電 機株式会社 光・マイクロ波デバイス研 究所内 (56)参考文献 特開 平2−192119(JP,A) 特開 平4−145622(JP,A) 特開 平5−259568(JP,A) 特開 平4−211187(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 21/306 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tatsuya Kimura 4-1-1 Mizuhara, Itami City, Hyogo Prefecture Mitsubishi Electric Corp. Optical and Microwave Device Research Laboratory (56) Reference JP-A-2-192119 (JP, JP, 192119) A) JP-A-4-145622 (JP, A) JP-A-5-259568 (JP, A) JP-A-4-211187 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) ) H01S 5/00-5/50 H01L 21/306

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 Alを構成元素として含む化合物半導
に連続してAlを含まない化合物半導体保護層を形成
する第1の工程と、 上記化合物半導体保護層上に絶縁膜による選択マスクを
形成する第2の工程と、 第2の工程を終えた半導体ウェハを硫化アンモニウム溶
液に浸漬する第3の工程と、 反応管内において塩素系ガスを用いてドライエッチング
を施す第4の工程と、 上記反応管内において上記第4の工程によって作成され
た微細構造をMOCVDの手法を用いて化合物半導体層
で埋め込む第5の工程とを含むことを特徴とする半導体
装置の製造方法。
1. A compound containing Al as a constituent element semiconductors
The first step of continuously forming an Al-free compound semiconductor protective layer on the top, the second step of forming a selective mask of an insulating film on the compound semiconductor protective layer, and the second step are completed. The third step of immersing the semiconductor wafer in an ammonium sulfide solution, the fourth step of performing dry etching using a chlorine-based gas in the reaction tube, and the fine structure created by the fourth step in the reaction tube are performed. A fifth step of burying with a compound semiconductor layer by using a MOCVD method.
【請求項2】 Alを構成元素として含む化合物半導
に連続してAlを含まない化合物半導体保護層を形成
する第1の工程と、 上記化合物半導体保護層上に絶縁膜による選択マスクを
形成する第2の工程と、 反応管内において上記化合物半導体保護層の表面酸化膜
を除去する第3の工程と、 上記反応管内において塩素系ガスを用いてドライエッチ
ングを施す第4の工程と、 上記反応管内において上記第4の工程によって作成され
た微細構造をMOCVDの手法を用いて化合物半導体層
で埋め込む第5の工程とを含むことを特徴とする半導体
装置の製造方法。
2. A compound containing Al as a constituent element semiconductors
A first step of continuously forming a compound semiconductor protective layer containing no Al on the upper surface, a second step of forming a selective mask of an insulating film on the compound semiconductor protective layer, and the compound semiconductor protective layer in a reaction tube. Created by the third step of removing the surface oxide film of the layer, the fourth step of performing dry etching using a chlorine-based gas in the reaction tube, and the fourth step of the reaction tube. And a fifth step of burying the formed fine structure with a compound semiconductor layer by using a MOCVD method.
【請求項3】 上記Alを構成元素として含む化合物半
導体がAlGaAsであって、上記化合物半導体保護層
がGaAsであることを特徴とする請求項1または2記
載の半導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the compound semiconductor containing Al as a constituent element is AlGaAs, and the compound semiconductor protective layer is GaAs.
【請求項4】 上記Alを構成元素として含む化合物半
導体がAl x Ga 1-x As(0≦x≦1)であって、 上記第4の工程における塩素系ガスを用いたドライエッ
チングは、 塩素系エッチングガスとV族ガスと水素ガスとを同時に
供給することにより行ない、上記塩素系エッチングガス
としてHClガス又はCl2ガスを用い、上記V族ガス
としてアルシン(AsH3)ガス,ターシャリブチルア
ルシン(C49AsH2)ガス,又はトリメチルアルシ
ン((CH33As)ガスのいずれかを用い、かつ、
記V族ガスの分圧を8×10-3Torr以上0.08T
orr以下とし、上記エッチングガス流量に対する上記
V族ガス流量の比を0.25以上2.5以下として行
うことを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置
の製造方法。
4. A compound half containing Al as a constituent element.
The conductor is Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1) and the dry etch using the chlorine-based gas in the fourth step is performed.
Quenching the rows that have by supplying a chlorine-based etching gas and the group V gas and hydrogen gas simultaneously, using HCl gas or Cl 2 gas as the chlorine-based etching gas, a group V gas selected from arsine (AsH 3) Gas, tert-butylarsine (C 4 H 9 AsH 2 ) gas, or trimethylarsine ((CH 3 ) 3 As) gas, and the partial pressure of the group V gas is 8 × 10 −3 Torr. 0.08T or more
and orr less, with respect to the upper Symbol etching gas flow rate of a semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the row of <br/> Ukoto by the ratio of the group V gas flow rate set to 0.25 to 2.5 Production method.
【請求項5】 上記塩素系エッチングガスとしてHCl
ガス、上記V族ガスとしてアルシン(AsH3)ガスを
用いることを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製
造方法。
5. HCl as the chlorine-based etching gas
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein gas and arsine (AsH 3 ) gas are used as the group V gas.
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