JP3736319B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3736319B2 JP3736319B2 JP2000273027A JP2000273027A JP3736319B2 JP 3736319 B2 JP3736319 B2 JP 3736319B2 JP 2000273027 A JP2000273027 A JP 2000273027A JP 2000273027 A JP2000273027 A JP 2000273027A JP 3736319 B2 JP3736319 B2 JP 3736319B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- etching
- layer
- light
- junction
- semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Weting (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、pn接合を設けた基板本体をウエットエッチングする半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、シリコン(Si)により形成される大規模集積回路(ULSI)、ガリウム砒素(GaAs)等の化合物半導体により形成されるレーザーダイオード(LD)、静電効果型トランジスタ(FET)は伝導型の異なるp型とn型との半導体膜が積層された構造を有し、半導体装置を形成する上で、これらの半導体膜を部分的にエッチングし、微細構造を形成する必要がある。
Siを用いた半導体装置の場合、加工は主にドライエッチング法が用いられるが、加工ダメージや表面の汚染性が問題となる。特にLDのようにエッチング後、表面に単結晶膜を再成長させる場合においては、再成長界面の結晶の乱れが少なく、デバイスの高信頼性が期待できるウエットエッチングが適用される場合が多い。
【0003】
特開平6―45346号公報には、ヘテロ接合を有する化合物半導体上にマスクパターンを形成して、ウエットエッチング法によりエミッタメサを形成する際に、上記半導体のエミッタ層となる層のバンドギャップエネルギよりも大きなエネルギを有する光を、全面に照射しながらウエットエッチングを行う方法が記載されている。
しかしながら、ヘテロ接合におけるn層側でエッチングの停止を制御することは困難であった。
【0004】
伝導型や組成の異なる半導体膜の界面でエッチングの停止を制御することはデバイスの設計性能を発揮するとともに、デバイス品質のバラツキを抑え、信頼性を向上させる上で重要である。
【0005】
特開平6―196801号公報には、ウエットエッチングにおいて、伝導型や組成の異なる半導体膜界面でエッチングを停止させる方法として、エッチング速度の小さいエッチングストップ層{Etching Stop Layer(ESL)}を形成する方法が記載されている。
【0006】
図6は上記従来のエッチングストップ層を設け、ウエットエッチングにより得られた、電流ストライプ構造を有する半導体レーザ装置の断面図である。図中、52はn型のGaAs基板、53はn型のGaAsバッファ層、54はn型のGa0.5Al0.5As、55はGa0.85Al0.15As活性層、56はp型のGa0.5Al0.5Asクラッド層、57はp型のGa0.8Al0.2AsからなるESL、58はn型のGa0.4Al0.6As電流ブロック層、58aはストライプの窓である。
即ち、ストライプ状の窓58aを形成するためにn型Ga0.65Al0.35As電流ブロック層58をウエットエッチングするが、エッチングがp型Ga0.5Al0.5Asクラッド層56に及ばないようにp型Ga0.8Al0.2AsのESL57を形成してある。これはエッチング液として用いたリン酸―フッ酸混合溶液がAl組成が0.4以下のp型GaAlAsでエッチング速度が急激に低下する性質を利用している。
また、エッチング時間を厳密に制御する方法もとられてきた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のESLの挿入によるエッチングの停止は、ESLの厚みが10nm程度と薄いことと、ESL中のAlの組成比および伝導型を制御することが困難なこととのため、ESLでエッチングを再現性良く停止することが困難であるという課題があった。
また、エッチング時間を厳密に制御する方法も、エッチング時の微妙な温度変化等のプロセス条件のバラツキによりエッチング速度が変化し、目的部分でエッチングが停止しないという課題があった。
【0008】
本発明はかかる課題を解消するためになされたもので、pn接合のn層側で自動的にウエットエッチングを停止できる半導体装置の製造方法を得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第1の半導体装置の製造方法は、基板本体上にp層とn層をこの順に設けたpn接合を有する半導体基板の上記n層に、このn層のバンドギャップエネルギより大きなエネルギを有する光を、50μW/cm 2 〜100mW/cm 2 の光強度で照射しながら、酸系のエッチング液中で上記n層をウエットエッチングする方法である。
【0010】
本発明に係る第2の半導体装置の製造方法は、上記第1の半導体装置の製造方法において、pn接合のn層側でエッチングを停止させ、残存厚さを制御する方法である。
【0014】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
エッチング液における半導体の溶解反応は、下式(1)におけるシリコンの例で示すように正孔が関与する。
Si(bulk)+4h+→Si4+(sol.) ・・(1)
{式中、Si(bulk)は固体状態でのSi、h+は正孔、Si4+(sol.)はエッチング液中に溶け出したイオン状態のSiを示す。}
上式に示すように、半導体とエッチング液の界面の正孔濃度が半導体の溶解速度を決定することを考慮すると、n型半導体の電気伝導は伝導帯の電子が担っており、正孔濃度は通常低いため、そのままではエッチングが進行しないが、上記半導体のバンドギャップエネルギよりも大きい光子エネルギの光を照射する場合、n型半導体内部で電子が励起されることで正孔が形成され、エッチングが進行する。
【0015】
図1(a)、(b)は本発明の第1の実施の形態において、上記バンドギャップエネルギより大きいエネルギを有する光を照射した際の、pn接合界面近傍のn層でウエットエッチングが停止する機構を、エッチング液に接した半導体基板のバンドモデルを用いて説明する説明図であり、図中、Ecは伝導帯端、Efはフェルミ準位、Evは価電子帯端、hνは照射光のエネルギ、矢印付き点線は電子または正孔の移動方向で、(a)はエッチング初期、(b)はエッチング停止期の状態を示す。
【0016】
即ち、p層上にn層が形成された半導体基板のn層をエッチングする場合、n層のバンドギャップエネルギよりもエネルギが大きい光を照射した際、初期段階では電子がn層の電子伝導帯に蓄積するとともに、価電子帯に正孔が生成し、n層のエッチングが進行してn層幅が減少する。
しかし、pn接合近傍においては図に示すように、p層がエネルギ障壁となるので、n層の電子伝導帯に蓄積した電子は界面側に溢れ、この電子が価電子帯の正孔と再結合する。そのため半導体とエッチング液の界面の正孔濃度が減少し、pn接合近くでエッチング速度が減少またはエッチングが停止する。
【0017】
しかし、ヘテロ接合であっても、pn接合ではない場合のn層のエッチングは、図に示すようなp層によるエネルギ障壁が得られないので、上記効果は得られない。
【0018】
実施の形態2.
図2は本発明の第2の実施の形態で用いる半導体基板の断面図であり、図中、21はn型GaAs(100)基板本体、22はp型Ga0.5Al0.5As膜(p層)、23はn型Ga0.35Al0.65As膜(n層)である。
即ち、n型GaAs(100)基板本体21上にp型Ga0.5Al0.5As膜22(膜厚200nm)、n型Ga0.35Al0.65As膜23(膜厚600nm)を有機金属気相析出法(MO―CVD)により積層した。
エッチング液としては酒石酸:過酸化水素=20:1の混合溶液を用いた。この溶液はGaAlAs系の化合物半導体のエッチング液として一般的に使用されており、結晶面に対する選択エッチング性を有する。
なお、n型Ga0.35Al0.65As、p型Ga0.5Al0.5Asのバンドギャップエネルギはともに約2.0eVであり、これは620nmの波長の光が有するエネルギに相当する。
【0019】
上記のように積層することによりpn接合を設けた半導体基板を、上記エッチング液に浸漬し、上記バンドギャップエネルギより大きいエネルギを有する光(波長500〜620nmの成分を含有)を異なる強度で照射することにより本実施の形態による半導体装置を製造する。
図3はエッチング時間による、上記半導体基板のn層表面からのエッチング深さ(pn接合からのn層厚)の変化を示す特性図であり、厚さを示す縦軸の横に相当するp、n層を模式的に示す。図中、31は光強度が25μW/cm2、32は光強度が250μW/cm2、33は光強度が500μW/cm2、34は光強度が50mW/cm2、35は光強度が1W/cm2の各光照射におけるエッチング曲線である。
【0020】
図3から明らかなように、pn接合を有する半導体基板のn層のエッチング速度は、光強度にはよらずpn接合近傍で低下する。しかし、光照射強度が25μW/cm2および1W/cm2では、一般的なエッチング時間(例えば100〜500秒)内で、n層側で停止するのが困難となり、p層まで進む可能性が多くなる。
また、エッチング曲線32、33、34に示されるように、光強度が250μW/cm2、500μW/cm2および50mW/cm2の場合、上記エッチング時間内で、それぞれpn接合からn層側へ50nm、80nm、20nmでエッチングが自動的に停止する。
以上のように、照射光の強度を制御することにより、pn接合のn層側で自動的にエッチングを停止させることができる。
【0021】
図4は、上記図3におけるエッチング時間が350秒における、光照射強度(光照射強度の対数)によるpn接合からのn層の残り厚さ変化を示す特性図である。図から、エッチングがn層側で自動的に停止するためには、光強度は50μW/cm2〜100mW/cm2が好ましい。
つまり、光照射強度が50μW/cm2未満等、光強度が弱い場合、励起された電子のn層価電子帯への蓄積度が小さいために、半導体とエッチング液の界面へ移動して溶解反応に関与する正孔を再結合により消費する効果が少ない。そのため、pn接合近傍でエッチング速度は減少するが、エッチングはn層で停止するのが困難となる。
100mW/cm2を越えて、光強度が高い場合には励起電子との再結合により半導体とエッチング液の界面へ移動して溶解反応に関与する正孔の数は減少する。しかし、それ以上に光照射により生成する正孔の数が多いため、正孔は半導体と上記液の界面に到達して溶解反応を起こすため、エッチングはpn接合で停止するのが困難となる。
【0022】
以上の結果から、バンドギャップエネルギ以上の光を、pn接合を有する半導体基板に照射することにより、pn接合近傍でのn層の残り厚さを制御することができる。その結果、ESLを形成することなしにエッチングを目的の領域で停止することが可能となった。
また、50μW/cm2〜100mW/cm2の範囲で光強度を調整することで、光照射による電子の伝導帯への励起と、価電子帯の正孔との再結合が平衡すると考えられ、自動的にn層側でエッチングを停止することができる。
【0023】
実施の形態3.
エッチング液として硫酸またはクエン酸を用いても、また、反応を促進するために、過酸化水素をエッチング液に添加しても上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
エッチング液としてフッ酸と単体では、GaAlAsをエッチングしない酸との混合溶液を用いても上記実施の形態と同様の効果が得られる。即ち、リン酸とフッ酸、塩酸とフッ酸、硫酸とフッ酸、酒石酸とフッ酸、酢酸とフッ酸、蟻酸とフッ酸の組み合わせでも良い。ただし、この場合のフッ酸濃度は5%〜80%とする必要がある。これはフッ酸濃度が低過ぎるとn層がエッチングされず、高過ぎるとエッチングレートが早過ぎて光照射によるエッチング速度の制御が困難になるためである。
【0024】
酸同士の混合エッチング液に反応を促進するために過酸化水素を加えても良い。また、エッチングレートを低減させるために水または水酸化ナトリウム、フッ化アンモニウムで希釈しても良い。
【0025】
実施の形態4.
ウエットエッチングする材料としてはGaAlAsに限らず、p層上にn層が形成された積層構造を有する半導体基板であれば良い。即ち、インジウム燐(InP)、インジウムガリウム燐(InGaP)、ガリウムアルミ燐(GaAlP)、Si、アルミガリウムインジウム燐(AlGaInP)でも上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0026】
また、ウエットエッチングする半導体基板の作製方法については本実施の形態1で示したMO−CVDによる作製方法以外に、分子線エピタキシ法(MBE)、チョクラルスキー法(CZ)でも良い。
【0027】
実施の形態5.
図5は、本発明の実施の形態1〜4に用いる半導体装置の製造装置の構成図である。図中、41は半導体基板、42はサンプルホルダ、43はサンプルホルダ移動アーム、44はフィルタ付光源、45は光ファイバー、46は面発光光源、47はパターン付光学フィルタ、48はレンズ、49は温度コントローラ付ポンプ、50はエッチング槽、51はエッチング槽フタである。
【0028】
半導体基板41をサンプルホルダ42に載せ、サンプルホルダ移動アーム43によって自動的に面発光光源46から一定の距離に搬送、保持される。エッチング槽50内は酒石酸:過酸化水素=20:1の混合溶液からなるエッチング液で満たされており、温度コントローラ付ポンプ49でエッチング液を攪拌することで半導体基板41表面のエッチング反応の均一性を保つとともに、表面に付着する反応生成物を除去する。エッチング槽50はエッチング槽フタ51によって外部と遮断され、外部からの光の侵入によるエッチングのバラツキを防止する。
【0029】
光源44から出た光は1200nm以上の波長成分を、光学フィルタによってカットされ、光ファイバー45を通って面発光光源46から放出される。なお、光源にはハロゲンランプを使用し、1200nm以上の赤外線領域の波長成分をカットすることでエッチング液の温度上昇を防ぐことができる。なお、温度コントローラ付ポンプ49の使用によってエッチング液の温度は20℃に保持されている。面発光光源から出た光はパターン付光学フィルタ47を通ることで特定の波長を有するパターン光となり、レンズ48を通ることで半導体基板41にパターンを結ぶ。光路は2つに分かれており、別々のパターン、波長の光を同時に半導体基板41に照射することが可能である。
【0030】
実施の形態6.
実施の形態5の装置を使用して、図2に示す半導体基板に、パターン化された波長500nm〜1200nmの光を、光強度500μW/cm2で照射する。光照射部分でn層がpn接合から50nm残存した状態でエッチングが停止した。
【0031】
以上のことから、照射する光の強度、波長を制御することで、n層のエッチング後の残存厚さを制御でき、マスクなしで容易にパターンエッチングが可能なことが示された。
【0032】
【発明の効果】
本発明の第1の半導体装置の製造方法は、基板本体上にp層とn層とをこの順に設けたpn接合を有する半導体基板の上記n層に、このn層のバンドギャップエネルギより大きなエネルギを有する光を、50μW/cm 2 〜100mW/cm 2 の光強度で照射しながら、酸系のエッチング液中で上記n層をウエットエッチングする方法で、pn接合のn層側でのエッチングを自動的に停止できるという効果がある。
【0033】
本発明の第2の半導体装置の製造方法は、上記第1の半導体装置の製造方法において、pn接合のn層側でエッチングを停止させ、残存厚さを制御する方法でpn接合のn層側でのエッチングの停止が容易であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態において、ウエットエッチングが停止する機構を説明する説明図である。
【図2】 本発明の第2の実施の形態で用いる半導体基板の断面図である。
【図3】 本発明の第2の実施の形態における半導体基板のn層表面からのエッチング深さのエッチング時間による変化を示す特性図である。
【図4】 本発明の第2の実施の形態における光照射強度によるpn接合からのn層の残り厚さ変化を示す特性図である。
【図5】 本発明の第5の実施の形態における半導体装置の製造装置の構成図である。
【図6】 従来の半導体レーザ装置のウエットエッチングプロセス後の断面図である。
【符号の説明】
Ec 伝導帯端、Ef フェルミ準位、Ev 価電子帯端、hν 照射光のエネルギ、21 n型GaAs(100)基板本体、22 p型Ga0.5Al0.5As膜、23 n型Ga0.35Al0.65As膜、31 光強度が25μW/cm2、32 光強度が250μW/cm2、33 光強度が500μW/cm2、34 光強度が50mW/cm2、35 1W/cm2、41 半導体基板、44 フィルタ付光源、46 面発光光源、47 パターン付光学フィルタ、50 エッチング槽。
Claims (2)
- 基板本体上にp層とn層とをこの順に設けたpn接合を有する半導体基板の上記n層に、このn層のバンドギャップエネルギより大きなエネルギを有する光を、50μW/cm 2 〜100mW/cm 2 の光強度で照射しながら、酸系のエッチング液中で上記n層をウエットエッチングする半導体装置の製造方法。
- pn接合のn層側でエッチングを停止させ、残存厚さを制御することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000273027A JP3736319B2 (ja) | 2000-09-08 | 2000-09-08 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000273027A JP3736319B2 (ja) | 2000-09-08 | 2000-09-08 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002083796A JP2002083796A (ja) | 2002-03-22 |
JP3736319B2 true JP3736319B2 (ja) | 2006-01-18 |
Family
ID=18759046
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000273027A Expired - Fee Related JP3736319B2 (ja) | 2000-09-08 | 2000-09-08 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3736319B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004047691A (ja) * | 2002-07-11 | 2004-02-12 | Seiko Epson Corp | 半導体装置の製造方法、電気光学装置、及び電子機器 |
WO2007088848A1 (ja) | 2006-02-01 | 2007-08-09 | Tohoku University | 半導体装置の製造方法及び半導体表面のマイクロラフネス低減方法 |
JP2015524167A (ja) * | 2012-06-01 | 2015-08-20 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | Led表面の粗面仕上げにおける特徴サイズ及び形状制御を用いる光抽出の改良 |
-
2000
- 2000-09-08 JP JP2000273027A patent/JP3736319B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002083796A (ja) | 2002-03-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3293996B2 (ja) | 半導体装置 | |
JPH11261160A (ja) | 窒化物系化合物半導体レーザ素子及びその製造方法 | |
US5242857A (en) | Method of manufacturing semiconductor structures | |
CN110459952A (zh) | 通过选择性区域生长sag提高半导体激光器芯片可靠性的制作方法 | |
JP3736319B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP3782230B2 (ja) | 半導体レーザ装置の製造方法及びiii−v族化合物半導体素子の製造方法 | |
Hu et al. | Electrically-pumped 1.31 μm MQW lasers by direct epitaxy on wafer-bonded InP-on-SOI substrate | |
WO2019184063A1 (zh) | 半导体激光器件的谐振腔面钝化膜、制作方法及器件 | |
JP2525788B2 (ja) | 半導体レ−ザ装置の製造方法 | |
JP2003158113A (ja) | 半導体装置の製造方法およびエッチング装置 | |
EP0452146B1 (en) | Method of fabricating a semiconductor laser device | |
JP4151247B2 (ja) | 半導体装置の製造方法およびこれに用いる半導体装置の製造装置 | |
Takahashi et al. | Fabrication methods for InGaAsP/GaAs visible laser structure with AlGaAs burying layers grown by liquid‐phase epitaxy | |
US5674779A (en) | Method for fabricating a ridge-shaped laser in a channel | |
JP2002151792A (ja) | 半導体レーザ装置およびその製造方法 | |
JP2001313381A (ja) | 半導体ウェーハ並びにそれを用いた半導体デバイス及びその製造方法 | |
JP2007013100A (ja) | 半導体レーザ | |
JP4415480B2 (ja) | 構造基板および半導体装置の製造方法 | |
JPS62166586A (ja) | 半導体発光素子とその製造方法 | |
JP2002270572A (ja) | 半導体装置の製造方法およびこれに用いる製造装置 | |
JP2003218087A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JPH05190970A (ja) | 半導体レーザの製造方法 | |
JPH04345079A (ja) | 半導体レーザ装置およびその製造方法 | |
CA2187354C (en) | Semiconductor devices and methods | |
US20020175343A1 (en) | Method for fabricating a semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20040707 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050705 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050902 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20051004 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20051017 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081104 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091104 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091104 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101104 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |