JP4226515B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は半導体装置の製造方法に関し、より詳細には、半導体レーザとして好適な、リッジ型ストライプ構造を有する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having a ridge-type stripe structure suitable as a semiconductor laser.

発光素子である半導体レーザには、ストライプ状のリッジ部を有するリッジ導波型構造が多く採用されている。また、近年では、半導体レーザの特性を向上させるために「オフ基板」を用い、このオフ基板上に半導体レーザを作製するのが一般的である。ここで、オフ基板とは、立方晶結晶構造(特にIII−V族化合物半導体の場合はせん亜鉛鉱型)を有する基板表面の法線が(100)面から、例えば[111]方向(もしくは[1−1−1]方向)に傾斜した基板を意味する(図1(a)および図1(b)を参照)。   A semiconductor laser as a light emitting element often employs a ridge waveguide structure having a striped ridge portion. In recent years, it is common to use an “off substrate” in order to improve the characteristics of the semiconductor laser, and to fabricate the semiconductor laser on the off substrate. Here, the off-substrate is a substrate surface having a cubic crystal structure (especially a zinc-blende type in the case of a III-V compound semiconductor) whose normal is from the (100) plane, for example, in the [111] direction (or [ 1-1-1] direction) (refer to FIG. 1 (a) and FIG. 1 (b)).

オフ基板を用いて半導体レーザを作製する場合には、光のミラーロスを低減させるために、基板オフ方向とリッジ部が延在するストライプ方向とが垂直になるようにレーザ共振器を形成する必要がある。このようなオフ基板を用いることで、発振レーザ光の短波長化、低しきい値電流化、温度特性の向上などが実現されることが知られている(例えば、特許文献1参照)。   When a semiconductor laser is manufactured using an off-substrate, it is necessary to form a laser resonator so that the substrate off-direction and the stripe direction in which the ridge portion extends are perpendicular to each other in order to reduce the mirror loss of light. is there. It is known that by using such an off-substrate, it is possible to shorten the wavelength of the oscillation laser light, lower the threshold current, and improve the temperature characteristics (see, for example, Patent Document 1).

図2は、従来のリッジ導波型構造の半導体レーザの作製プロセス例の一部を説明するための図で、例えば、オフ角を有するn型GaAsの基板1上に、n型クラッド層2、n型光ガイド層3、MQW層4、p型光ガイド層5、p型クラッド層6、エッチングストッパ層7、p型クラッド層8、p型GaAsコンタクト層9を順次積層させ、p型GaAsコンタクト層9面上にSiOなどのドライエッチングマスク10で被覆されたp型コンタクト電極11を形成する(図2(a))。 FIG. 2 is a diagram for explaining a part of a manufacturing process example of a conventional semiconductor laser having a ridge waveguide structure. For example, an n-type cladding layer 2 is formed on an n-type GaAs substrate 1 having an off angle. An n-type light guide layer 3, an MQW layer 4, a p-type light guide layer 5, a p-type cladding layer 6, an etching stopper layer 7, a p-type cladding layer 8, and a p-type GaAs contact layer 9 are sequentially stacked to form a p-type GaAs contact. A p-type contact electrode 11 covered with a dry etching mask 10 such as SiO 2 is formed on the surface of the layer 9 (FIG. 2A).

次に、ドライエッチングマスク10で被覆されていない領域をp型GaAsコンタクト層9面側からドライエッチングして、p型クラッド層8の所望の厚みだけを残して基板1面に垂直な端面を有するストライプ状のリッジを形成する(図2(b))。ここで、エッチングで残すp型クラッド層8の厚みは可能な限り薄くするようにすることが好ましい。さらに、ドライエッチング工程で導入されるリッジ端面のダメージ層を除去するとともにリッジの底部からMQW層4上面までの距離tを制御するためにウェットエッチングを施す。このウェットエッチングにより、エッチングストッパ層7上に設けたp型クラッド層8はリッジ部を除いて除去される(図2(c))。なお、ここで用いられるウェットエッチング液の組成は例えば、HCl:H0=1:5であり、エッチング時間は2分である。また、エッチャントの選択性により、p型GaAsコンタクト層9はエッチングされずに残存することとなる。 Next, the region not covered with the dry etching mask 10 is dry-etched from the surface side of the p-type GaAs contact layer 9 to leave only the desired thickness of the p-type cladding layer 8 and have an end surface perpendicular to the surface of the substrate 1. Striped ridges are formed (FIG. 2B). Here, it is preferable to make the p-type cladding layer 8 left by etching as thin as possible. Further, wet etching is performed to remove the damage layer on the ridge end face introduced in the dry etching process and to control the distance t from the bottom of the ridge to the top surface of the MQW layer 4. By this wet etching, the p-type cladding layer 8 provided on the etching stopper layer 7 is removed except for the ridge portion (FIG. 2C). The composition of the wet etching solution used here is, for example, HCl: H 2 0 = 1: 5, and the etching time is 2 minutes. Further, the p-type GaAs contact layer 9 remains without being etched due to the selectivity of the etchant.

このようなリッジ部を設けると、電流はp型クラッド層8のリッジ部を介して活性層であるMQW層4へと注入されるためにリッジ部直下のMQW層4に電流が集中してこの領域の量子井戸内に有効にキャリアを閉じ込めることができる。量子井戸内に閉じ込められたキャリアはバンドギャップに対応した波長の光を発生させ、この光もまたリッジ部直下のMQW層4の量子井戸領域に閉じ込められることとなり、レーザ発振のための横モードが安定化されるとともに閾値電流を低減させることができる。   When such a ridge portion is provided, current is injected into the MQW layer 4 which is an active layer through the ridge portion of the p-type cladding layer 8, so that the current is concentrated in the MQW layer 4 immediately below the ridge portion. Carriers can be effectively confined in the quantum well in the region. The carriers confined in the quantum well generate light having a wavelength corresponding to the band gap, and this light is also confined in the quantum well region of the MQW layer 4 immediately below the ridge, and a transverse mode for laser oscillation is obtained. As well as being stabilized, the threshold current can be reduced.

このような効果を高めるためには、一般に、リッジ端面の形状は基板1表面に対する垂直性が高くかつ両サイド端面の対称性が高いことが好ましい。ところが、p型クラッド層8をウェットエッチングする際の結晶学的なエッチング異方性から特定の結晶面のエッチング速度が速くなって端面に傾斜が生じ、基板1表面に対する垂直性が低下するとともに両サイド端面の対称性も悪くなる。リッジ両サイドの端面が非対称となると、電流がリッジ部の傾斜角の緩い端面方向に広がり易くなり、発光領域も左右非対称となって発光光密度分布も左右非対称となり光ディスクなどの情報処理用レーザとして用いる場合に要求される単一横モードが得難くなるという問題が生じる。また、電流−光出力特性には図3に示すようなキンクが発生してしまう(例えば、特許文献2参照)。   In order to enhance such an effect, it is generally preferable that the shape of the ridge end face is highly perpendicular to the surface of the substrate 1 and the symmetry of both side end faces is high. However, due to crystallographic etching anisotropy when the p-type cladding layer 8 is wet-etched, the etching rate of a specific crystal surface is increased and the end surface is inclined, so that the perpendicularity to the surface of the substrate 1 is lowered and both The symmetry of the side end faces also deteriorates. If the end faces of both sides of the ridge are asymmetric, the current tends to spread in the direction of the end face where the slope of the ridge portion is loose, the light emitting area is also left-right asymmetric, and the light emission density distribution is also left-right asymmetric. There arises a problem that it is difficult to obtain a single transverse mode required for use. Further, a kink as shown in FIG. 3 occurs in the current-light output characteristics (see, for example, Patent Document 2).

このようなキンクの発生を抑制するためにはリッジ幅の狭幅化が有効であるが、リッジ端面の対称性が低い状態でリッジ幅を狭くすると、図4に断面SEM像を示したように、リッジ頂部の幅(図2(c)中のW)が狭くなってしまい、リッジ頂部への電極の安定形成が困難となったり、素子抵抗が増大してしまうという問題が生じてしまう。したがって、リッジ型ストライプ構造を有する半導体レーザにおいてキンクの発生を抑えつつ高光出力を得るためには、リッジ幅の狭幅化とリッジ形状の対称性の向上の双方を同時に実現することが必要である。   In order to suppress the occurrence of such kinks, it is effective to narrow the ridge width. However, when the ridge width is narrowed with the symmetry of the ridge end face being low, the cross-sectional SEM image is shown in FIG. As a result, the width of the top of the ridge (W in FIG. 2C) becomes narrow, which makes it difficult to stably form electrodes on the top of the ridge and increases the device resistance. Therefore, in order to obtain a high light output while suppressing the occurrence of kinks in a semiconductor laser having a ridge-type stripe structure, it is necessary to simultaneously realize both the narrowing of the ridge width and the improvement of the symmetry of the ridge shape. .

また、キンクが発生する駆動電流での光出力(キンク発生出力)は、リッジの底部から活性層までの距離(図2(c)中のt)に大きく依存する。したがって、キンク発生出力を制御するためにはこの距離tを厳密に制御することが必須である。このため、ウェットエッチングを停止させるためのエッチングストッパ層7を設け、かつこのエッチングストッパ層7でエッチングが停止する性質のウェットエッチング液が選択される。   Further, the optical output (kink generation output) at the drive current at which kinks are generated depends greatly on the distance from the bottom of the ridge to the active layer (t in FIG. 2C). Therefore, in order to control the kink generation output, it is essential to strictly control the distance t. For this reason, an etching stopper layer 7 for stopping the wet etching is provided, and a wet etching solution having such a property that the etching stops at the etching stopper layer 7 is selected.

しかしながら、このような半導体レーザのリッジ部をウェットエッチングしてリッジ部両端面のダメージ層を除去すると、先に説明した非対称性が現われて良好なレーザ特性を得ることができないという問題があった。
特開平11−340585号公報 特開2002−151790号公報 特開平6−216462号公報
However, when the ridge portion of such a semiconductor laser is wet-etched to remove the damaged layers on both end surfaces of the ridge portion, there is a problem that the asymmetry described above appears and good laser characteristics cannot be obtained.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-340585 JP 2002-151790 A JP-A-6-216462

このように、リッジ型ストライプ構造の半導体レーザを作製する際にリッジ部へのウェットエッチングを施した場合には、その両サイド端面の形状が非対称になり、キンクの発生を抑制しつつ高光出力化を図ることが困難であるという問題がある。   In this way, when wet etching is performed on the ridge when manufacturing a semiconductor laser with a ridge-type stripe structure, the shape of both side end faces becomes asymmetrical, increasing the light output while suppressing the occurrence of kinks There is a problem that it is difficult to plan.

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ドライエッチング後のリッジ端面形状を概ね維持した状態でのウェットエッチングを可能とし、これによりリッジ幅の狭幅化とリッジ形状の対称性の向上の双方を同時に実現し、リッジ型ストライプ構造を有する半導体レーザのキンク発生を抑えつつ高光出力を得ることにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to enable wet etching in a state where the ridge end face shape after dry etching is generally maintained, thereby reducing the ridge width. An object of the present invention is to achieve both improvement of the symmetry of the ridge shape at the same time and obtain a high light output while suppressing the occurrence of kinks in the semiconductor laser having the ridge type stripe structure.

請求項4に記載の発明は、(100)結晶面から[111]方向または[1−1−1]方向にオフ角を有する化合物半導体基板上に設けられた活性層と、前記活性層に設けられたエッチングストッパ層と、前記エッチングストッパ層に接して設けられたAlGaInPからなるストライプ状のリッジ部と、を有する半導体装置の製造方法であって、前記リッジ部の形成は、前記リッジ部の両サイドの前記エッチングストッパ層を露出させるウェットエッチングを行うステップを備え、当該ウェットエッチングはフッ化水素含有溶液のエッチング液により実行されることで、前記リッジ部の端面を対称に形成するものであることを特徴とする According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an active layer provided on a compound semiconductor substrate having an off angle in a [111] direction or a [1-1-1] direction from a (100) crystal plane ; A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: an etching stopper layer provided; and a striped ridge portion made of AlGaInP provided in contact with the etching stopper layer, wherein the formation of the ridge portion A step of performing wet etching to expose the etching stopper layers on both sides, and the wet etching is performed with an etching solution of a hydrogen fluoride-containing solution, thereby forming the end surfaces of the ridge portion symmetrically. It is characterized by

請求項に記載の発明は、請求項4に記載の半導体装置の製造方法において、前記フッ化水素含有溶液は、NHFとHFの混合溶液であることを特徴とし、請求項に記載の発明は、請求項またはに記載の半導体装置の製造方法において、前記フッ化水素含有溶液のフッ酸濃度は、4%以上で50%以下であることを特徴とする。 Invention according to claim 2, in the manufacturing method of a semiconductor device according to claim 4, wherein the hydrogen fluoride-containing solution, characterized in that a mixed solution of NH 4 F and HF, claim 3 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2 , wherein the hydrofluoric acid concentration of the hydrogen fluoride-containing solution is 4% or more and 50% or less.

請求項に記載の発明は、請求項乃至の何れかに記載の半導体装置の製造方法において、前記ストライプの延在方向は、前記基板のオフ角方向と垂直な方向であることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first to third aspects, the extending direction of the stripe is a direction perpendicular to the off-angle direction of the substrate. And

請求項に記載の発明は、請求項乃至の何れかに記載の半導体装置の製造方法において、前記エッチングは、予めドライエッチングにより形成された前記リッジ部に施されるものであることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, the etching is performed on the ridge portion formed in advance by dry etching. Features.

請求項に記載の発明は、請求項乃至の何れかに記載の半導体装置の製造方法において、前記リッジ部は、GaInP、GaAs、AlGaAs、またはGaInAsPの何れかの前記エッチングストッパ層上に設けられていることを特徴とする。 The invention of claim 6 is a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the ridge portion, GaInP, GaAs, AlGaAs, or to any of the etching stopper layer of GaInAsP It is provided.

請求項に記載の発明は、請求項乃至の何れかに記載の半導体装置の製造方法において、前記基板のオフ角度は、10度以下であることを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the first to sixth aspects, the off angle of the substrate is 10 degrees or less.

本発明は、ドライエッチング後のリッジ端面形状を概ね維持した状態でのウェットエッチングを可能としたので、リッジ幅の狭幅化とリッジ形状の対称性の向上の双方を同時に実現できることとなり、これにより、リッジ型ストライプ構造を有する半導体レーザのキンク発生を抑えつつ高光出力を得ることが可能となる。   Since the present invention enables wet etching with the ridge end face shape generally maintained after dry etching, both ridge width narrowing and ridge shape symmetry improvement can be realized simultaneously. Thus, it is possible to obtain a high light output while suppressing the occurrence of kinks in the semiconductor laser having the ridge type stripe structure.

本発明は、(100)面から[111]方向または[1−1−1]方向にオフ角を有する化合物半導体基板上にリッジ型ストライプ構造を有する光半導体素子を製造する際のリッジ部のウェットエッチング方法である。ここで、本発明の半導体装置は可視領域の波長の発光素子などとして適用されるものであり、基板のオフ角度は10度以下とされる。また、ストライプの延在方向に特に制限はないが、レーザ共振器を形成する場合などには基板オフ方向に垂直な方向が選択される。   The present invention relates to wet ridge portions when manufacturing an optical semiconductor device having a ridge-type stripe structure on a compound semiconductor substrate having an off angle in the [111] direction or [1-1-1] direction from the (100) plane. This is an etching method. Here, the semiconductor device of the present invention is applied as a light emitting element having a wavelength in the visible region, and the off angle of the substrate is 10 degrees or less. Although there is no particular limitation on the stripe extending direction, a direction perpendicular to the substrate off direction is selected when a laser resonator is formed.

従来は、上記のようなオフ基板上に形成したリッジ部をウェットエッチングする場合に水で希釈した塩酸(HCl:HO=1:5)を主に用いていたのに対して、本発明ではエッチャントとして、フッ化水素(HF)を含有する溶液、臭素含有溶液、またはバッファードフッ酸(NHFとHFの混合溶液:BHF)を用いることとしている。このようなエッチャントを用いてリッジ部の両サイド端面をエッチングすると、オフ基板を用いて半導体レーザなどの半導体装置を作製する場合であっても、結晶学的なエッチング異方性から特定の結晶面のエッチング速度が速くなって両サイド端面の対称性が悪くなるという傾向が大幅に改善される。したがって、ドライエッチング後のリッジ端面形状を概ね維持した状態でのウェットエッチングが可能となってリッジ幅の狭幅化とリッジ形状の対称性の向上の双方を同時に実現できる。 Conventionally, hydrochloric acid diluted with water (HCl: H 2 O = 1: 5) is mainly used in wet etching of the ridge portion formed on the off-substrate as described above, whereas the present invention Then, as an etchant, a solution containing hydrogen fluoride (HF), a bromine-containing solution, or buffered hydrofluoric acid (mixed solution of NH 4 F and HF: BHF) is used. When both side end faces of the ridge portion are etched using such an etchant, even when a semiconductor device such as a semiconductor laser is manufactured using an off-substrate, a specific crystal plane is obtained from crystallographic etching anisotropy. The tendency that the etching rate increases and the symmetry of both side end faces deteriorates is greatly improved. Therefore, wet etching can be performed in a state where the ridge end face shape after dry etching is generally maintained, and both narrowing of the ridge width and improvement of symmetry of the ridge shape can be realized simultaneously.

以下に、実施例により本発明をより詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

本実施例においてはエッチャントとしてフッ酸を比較的高濃度で含有する溶液を用いる。   In this embodiment, a solution containing a relatively high concentration of hydrofluoric acid is used as an etchant.

図5は、本発明のリッジ導波型構造の半導体レーザの作製プロセス例の一部を説明するための図で、ここでは、リッジ部のウェットエッチングまでの工程が図示されている。なお、以下の説明では、基板をGaAs、リッジ型ストライプを形成するクラッド層をAlGaInP、そしてエッチングストッパ層をGaInPとして説明する。   FIG. 5 is a diagram for explaining a part of a manufacturing process example of a semiconductor laser having a ridge waveguide structure according to the present invention. Here, steps up to wet etching of the ridge portion are illustrated. In the following description, it is assumed that the substrate is GaAs, the cladding layer for forming the ridge stripe is AlGaInP, and the etching stopper layer is GaInP.

先ず、オフ角を有するGaAs基板101(ここではn型基板としている)の主面上に、n型クラッド層102、n型光ガイド層103、MQW層104、p型光ガイド層105、p型クラッド層106、エッチングストッパ層107、p型クラッド層108、p型GaAsコンタクト層109を順次積層させ、p型GaAsコンタクト層109面上にドライエッチングマスク110で被覆されたp型コンタクト電極111を形成する(図5(a))。なお、ドライエッチィングマスク110としては、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜のほか、フォトレジスト膜などを用いることができる。   First, an n-type cladding layer 102, an n-type light guide layer 103, an MQW layer 104, a p-type light guide layer 105, a p-type are formed on the main surface of a GaAs substrate 101 having an off-angle (here, an n-type substrate). The clad layer 106, the etching stopper layer 107, the p-type clad layer 108, and the p-type GaAs contact layer 109 are sequentially laminated, and the p-type contact electrode 111 covered with the dry etching mask 110 is formed on the surface of the p-type GaAs contact layer 109. (FIG. 5A). As the dry etching mask 110, a photoresist film or the like can be used in addition to an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film.

なお、このドライエッチィングマスク110をシリコン酸化膜で形成する場合には、後述するウェットエッチング工程でフッ酸溶液をエッチャントとして用いた場合にそのエッチング工程でマスクが除去されるので、ドライエッチングマスクの除去工程が不要となるというメリットがある。   When the dry etching mask 110 is formed of a silicon oxide film, the mask is removed in the etching process when a hydrofluoric acid solution is used as an etchant in a wet etching process described later. There is an advantage that a removal process is not required.

次に、ドライエッチングマスク110で被覆されていない領域をp型GaAsコンタクト層109面側からドライエッチングして、p型クラッド層108の所望の厚みだけを残して基板101面に垂直な端面を有するストライプ状のリッジを形成する(図5(b))。この場合のドライエッチング条件は、例えば、塩素(Cl)ガス15sccm、アルゴン(Ar)ガス5sccmの流量で供給し、ガス圧0.5Pa、基板温度200℃などとする。 Next, the region not covered with the dry etching mask 110 is dry-etched from the surface side of the p-type GaAs contact layer 109 to leave only the desired thickness of the p-type cladding layer 108 and have an end surface perpendicular to the surface of the substrate 101. Striped ridges are formed (FIG. 5B). The dry etching conditions in this case are, for example, supplied at a flow rate of chlorine (Cl 2 ) gas of 15 sccm and argon (Ar) gas of 5 sccm, a gas pressure of 0.5 Pa, and a substrate temperature of 200 ° C.

さらに、ドライエッチング工程で導入されるリッジ端面のダメージ層を除去するとともにリッジの底部からMQW層104上面までの距離tを制御するためにフッ酸溶液のエッチャントを用いてウェットエッチングを施す。   Further, in order to remove the damaged layer at the ridge end face introduced in the dry etching process and control the distance t from the bottom of the ridge to the top surface of the MQW layer 104, wet etching is performed using an etchant of a hydrofluoric acid solution.

本実施例で用いたエッチャントのフッ酸濃度は50%であり、エッチング時間は5分である。これは一般に市販されている半導体グレードのフッ酸溶液(水溶液)のフッ酸濃度の最高値が50%であることに加え、50%を超えるフッ酸濃度のエッチャントを用いるとリッジ部の端面形成以外のプロセスでの不都合が大きくなってしまうことによる。   The etchant used in this example has a hydrofluoric acid concentration of 50% and an etching time of 5 minutes. This is because, in addition to the maximum value of the hydrofluoric acid concentration of a commercially available semiconductor grade hydrofluoric acid solution (aqueous solution) being 50%, if an etchant having a hydrofluoric acid concentration exceeding 50% is used, other than the end face formation of the ridge portion This is because the inconvenience in the process becomes large.

すなわち、フッ酸濃度を50%より高めても本発明の効果を得ることはできるものの、フッ酸濃度を高めるほど薬品容器から不純物が溶け出し易くなるため、フッ酸溶液に直接触れる容器内壁などを高純度のポリエチレンかテフロン(登録商標)の素材で形成することが必要となる。一方、無水フッ酸の沸点は20℃であるために、50%を超えるフッ酸濃度の溶液を用いることとすると常温における容器内圧はかなり高いものとなってしまって高純度のポリエチレンやテフロン(登録商標)で形成した容器では対応できなくなってしまう。このような理由により本実施例ではフッ酸濃度を50%としている。   That is, although the effect of the present invention can be obtained even if the concentration of hydrofluoric acid is increased from 50%, impurities are more easily dissolved from the chemical container as the concentration of hydrofluoric acid is increased. It is necessary to form with a high purity polyethylene or Teflon (registered trademark) material. On the other hand, since the boiling point of anhydrous hydrofluoric acid is 20 ° C., if a solution having a hydrofluoric acid concentration exceeding 50% is used, the internal pressure of the container at room temperature becomes considerably high, and high-purity polyethylene or Teflon (registered) A container formed with a trademark) cannot be used. For this reason, the hydrofluoric acid concentration is 50% in this embodiment.

このようなウェットエッチングを施すことにより、エッチングストッパ層107上に設けたp型クラッド層108はリッジ部を除いて除去され、基板101主面への垂直性を維持した状態で左右の対称性が良好なリッジ形状が得られる(図5(c))。また、GaInPのエッチングストッパ層107でウェットエッチングが停止しており、リッジ底部からMQW層4までの距離tも厳密に制御されている。なお、このエッチャントの場合にもその選択性により、p型GaAsコンタクト層109はエッチングされずに残存するが、シリコン酸化膜でドライエッチングマスク110を形成した場合には、このマスクはフッ酸によって除去されることとなる。   By performing such wet etching, the p-type cladding layer 108 provided on the etching stopper layer 107 is removed except for the ridge portion, and left and right symmetry is maintained while maintaining perpendicularity to the main surface of the substrate 101. A good ridge shape can be obtained (FIG. 5C). Further, the wet etching is stopped at the GaInP etching stopper layer 107, and the distance t from the bottom of the ridge to the MQW layer 4 is also strictly controlled. Even in the case of this etchant, the p-type GaAs contact layer 109 remains without being etched due to its selectivity. However, when the dry etching mask 110 is formed with a silicon oxide film, this mask is removed with hydrofluoric acid. Will be.

図6は、本実施例のウェットエッチング後のリッジ形状を説明するための断面SEM像である。このSEM像のように、比較的高濃度のフッ酸溶液をエッチャントとしてAlGaInPのリッジ端面をウェットエッチングすることにより、ドライエッチング後の形状を保ちつつダメージ層を除去することが可能である。したがって、リッジ幅の狭幅化とリッジ形状の対称性の向上の双方を同時に実現して、リッジ型ストライプ構造を有する半導体レーザにおけるキンクの発生を抑えつつ高光出力を得ることが可能となる。   FIG. 6 is a cross-sectional SEM image for explaining the ridge shape after the wet etching of this example. As shown in this SEM image, the damaged layer can be removed while maintaining the shape after dry etching by wet etching the ridge end surface of AlGaInP using a relatively high concentration hydrofluoric acid solution as an etchant. Therefore, it is possible to simultaneously realize both the narrowing of the ridge width and the improvement of the symmetry of the ridge shape, and to obtain a high light output while suppressing the occurrence of kinks in the semiconductor laser having the ridge type stripe structure.

フッ化水素含有溶液、臭素含有溶液は、p型クラッド層108直下に設けたエッチングストッパ層107でエッチング停止するため、リッジ部の底面からMQW層104の上面までの距離tの厳密な制御が可能となってキンクの発生を抑制することができる。なお、エッチングストッパ層107としてGaAsやAlGaAs、あるいはGaInAsPなどを用いることとしてもよい。 Since the hydrogen fluoride-containing solution and the bromine-containing solution are stopped by the etching stopper layer 107 provided immediately below the p-type cladding layer 108 , the distance t from the bottom surface of the ridge portion to the top surface of the MQW layer 104 can be strictly controlled. Thus, the generation of kinks can be suppressed. Note that GaAs, AlGaAs, GaInAsP, or the like may be used as the etching stopper layer 107.

本実施例においてはドライエッチングとウェットエッチングの2度のエッチングを施す場合について説明したが、リッジ部の高さが比較的低くてよい場合には、ドライエッチングを省略してウェットエッチングのみを行うようにしてもよい。   In the present embodiment, the case where the dry etching and the wet etching are performed twice has been described. However, when the height of the ridge portion may be relatively low, the dry etching is omitted and only the wet etching is performed. It may be.

このようなリッジ形状の対称性の向上効果は、フッ酸溶液中のフッ酸濃度が4%までのエッチャントで得られることを確認済みである。   It has been confirmed that the effect of improving the symmetry of the ridge shape can be obtained with an etchant having a hydrofluoric acid concentration of up to 4% in a hydrofluoric acid solution.

図7は、4%のフッ酸溶液をエッチャントとしてリッジ端面をウェットエッチングした後のリッジ形状を説明するための断面SEM像で、フッ酸濃度が低い場合にはエッチングレートが低下してウェットエッチングに要する時間が長くはなるものの、ドライエッチング後の形状を保ちつつダメージ層を除去することが可能である。   FIG. 7 is a cross-sectional SEM image for explaining the ridge shape after wet etching the ridge end face using a 4% hydrofluoric acid solution as an etchant. When the concentration of hydrofluoric acid is low, the etching rate is lowered and wet etching is performed. Although the time required is long, the damaged layer can be removed while maintaining the shape after dry etching.

なお、特許文献3には、III−V族系化合物半導体のリッジ部形成のためのエッチャントとしてフッ酸を用いる手法が開示されている。この手法は、AlGaAsやAlGaInPの層にリッジを形成する際にフッ酸をエッチャントとして用いるというものであり、これにより、リッジ部を逆メサ形状即ち積層方向に面積が拡大する形状、またはリッジ部の側面が基板に対して垂直な形状に形成することを目的とするものである。   Patent Document 3 discloses a method using hydrofluoric acid as an etchant for forming a ridge portion of a III-V group compound semiconductor. In this method, hydrofluoric acid is used as an etchant when forming a ridge in an AlGaAs or AlGaInP layer. As a result, the ridge portion has a reverse mesa shape, that is, a shape in which the area increases in the stacking direction, or the ridge portion The object is to form the side surface in a shape perpendicular to the substrate.

しかしながら、特許文献3に開示されている手法の効果は、単にエッチャントとしてフッ酸を用いることで実現されるものではなく、リッジを作り込む層(クラッド層)の組成(混晶比)を積層方向に変化させることを前提とするものである。換言すれば、特許文献3に開示されているエッチング方法の効果発現の本質は、クラッド層の混晶比を積層方向に変化させ、当該混晶比に応じて変化するエッチング速度を利用してリッジ部端面の形状を成形するものであるといえる。よって、フッ酸をエッチャントとして選択する根拠はかかるエッチング速度の混晶比依存性を維持し得る溶液であるという点にある。   However, the effect of the technique disclosed in Patent Document 3 is not realized simply by using hydrofluoric acid as an etchant, but the composition (mixed crystal ratio) of a layer (cladding layer) for forming a ridge is changed in the stacking direction. It is premised on changing to. In other words, the essence of the effect manifestation of the etching method disclosed in Patent Document 3 is that the mixed crystal ratio of the cladding layer is changed in the stacking direction, and the etching rate that changes in accordance with the mixed crystal ratio is utilized. It can be said that the shape of the end face of the part is formed. Therefore, the basis for selecting hydrofluoric acid as an etchant is that the solution can maintain the dependency of the etching rate on the mixed crystal ratio.

また、特許文献3に開示されている方法は所謂ジャスト基板(オフ角をもたない基板)上に形成されるリッジに対して有効なものである。これに対して本発明は、リッジを形成する基板がオフ基板であるが故にリッジ両サイド端面の形状が非対称となるという不都合を解決するために、エッチング速度の面方位依存性を極力抑制ことが可能なエッチャントとしてフッ酸を選択するものである。   The method disclosed in Patent Document 3 is effective for a ridge formed on a so-called just substrate (substrate having no off angle). On the other hand, the present invention suppresses the dependence of the etching rate on the plane orientation as much as possible in order to solve the problem that the shape of the end faces of both sides of the ridge is asymmetric because the substrate on which the ridge is formed is an off-substrate. Fluoric acid is selected as a possible etchant.

このように、特許文献3に記載のエッチング方法は本発明とは着想および適用対象を異にするものであって、本発明は、(100)から[111]方向または[1−1−1]方向にオフ角を有する基板上に形成されるリッジ部のエッチングにフッ酸溶液を用いることとし、これにより基板表面に対して垂直な端面を実現するための初めての技術である。   As described above, the etching method described in Patent Document 3 is different in concept and application object from the present invention, and the present invention is directed from the (100) to the [111] direction or [1-1-1]. This is the first technique for realizing an end face perpendicular to the substrate surface by using a hydrofluoric acid solution for etching a ridge portion formed on a substrate having an off angle in the direction.

なお、リッジ部のエッチングに際して、フッ酸溶液に代えて臭素を含有する溶液をエッチャントとして用いるようにしてもよい。この場合には、臭素(Br):臭化水素酸(HBr):水(HO)の混合比を例えば2cc:34cc:276ccとする。この組成比のエッチャントの場合には、室温(24℃)の場合に25秒間のエッチングを施すことで図6に示した断面SEM像と概ね同等のリッジ形状を得ることができる。 In etching the ridge portion, a solution containing bromine may be used as the etchant instead of the hydrofluoric acid solution. In this case, the mixing ratio of bromine (Br): hydrobromic acid (HBr): water (H 2 O) is, for example, 2 cc: 34 cc: 276 cc. In the case of an etchant having this composition ratio, a ridge shape substantially equivalent to the cross-sectional SEM image shown in FIG. 6 can be obtained by etching for 25 seconds at room temperature (24 ° C.).

本実施例は、リッジ部のエッチングに際して、フッ酸溶液または臭素含有溶液に代えてバッファードフッ酸溶液(BHF)をエッチャントとして用いるものである。   In this embodiment, a buffered hydrofluoric acid solution (BHF) is used as an etchant in place of the hydrofluoric acid solution or bromine-containing solution when etching the ridge portion.

図8は、BHFでエッチングしたリッジ部の断面SEM像である。この場合にも、塩酸系エッチャントを用いた場合に現れる両サイド端面の非対称性は現れず対称性の良好なリッジ形状が得られる。しかしながら、BHFを用いると上記2つのエッチャントに比較してエッチング速度が極端に低下するため、ドライエッチング時のダメージ層を除去するためには、室温(24℃)でのエッチングで30分程度のエッチング時間を必要とする。   FIG. 8 is a cross-sectional SEM image of the ridge portion etched with BHF. Also in this case, the asymmetry of both side end faces that appears when a hydrochloric acid-based etchant is used does not appear, and a ridge shape with good symmetry can be obtained. However, when BHF is used, the etching rate is extremely reduced as compared with the above two etchants. Therefore, in order to remove a damaged layer during dry etching, etching at room temperature (24 ° C.) takes about 30 minutes. Need time.

本発明によれば、ドライエッチング後のリッジ端面形状を概ね維持した状態でのウェットエッチングを可能としたので、リッジ幅の狭幅化とリッジ形状の対称性の向上の双方を同時に実現できることとなり、これにより、リッジ型ストライプ構造を有する半導体レーザのキンク発生を抑えつつ高光出力を得ることが可能となる。   According to the present invention, since wet etching with the ridge end face shape generally maintained after dry etching is made possible, both ridge width narrowing and ridge shape symmetry improvement can be realized simultaneously. This makes it possible to obtain a high light output while suppressing the occurrence of kinks in a semiconductor laser having a ridge-type stripe structure.

立方晶結晶構造の面方位関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the plane orientation relationship of a cubic crystal structure. 従来のリッジ導波型構造の半導体レーザの作製プロセス例の一部を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a part of manufacturing process example of the semiconductor laser of the conventional ridge waveguide type structure. キンクの発生の様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mode of generation | occurrence | production of a kink. 塩素系エッチャントを用いたウェットエッチング後のリッジ形状を説明するための断面SEM像である。It is a cross-sectional SEM image for demonstrating the ridge shape after the wet etching using a chlorine-type etchant. 本発明のリッジ導波型構造の半導体レーザの作製プロセス例の一部を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a part of manufacturing example of the semiconductor laser of the ridge waveguide type structure of this invention. フッ酸溶液を用いたウェットエッチング後のリッジ形状を説明するための断面SEM像である。It is a cross-sectional SEM image for demonstrating the ridge shape after the wet etching using a hydrofluoric acid solution. フッ酸濃度4%の溶液を用いたウェットエッチング後のリッジ形状を説明するための断面SEM像である。It is a cross-sectional SEM image for demonstrating the ridge shape after wet etching using the solution of hydrofluoric acid concentration 4%. BHFでエッチングしたリッジ部の断面SEM像である。It is a cross-sectional SEM image of the ridge part etched by BHF.

符号の説明Explanation of symbols

1、101 基板
2、102 n型クラッド層
3、103 n型光ガイド層
4、104 MQW層
5、105 p型光ガイド層
6、106 p型クラッド層
7、107 エッチングストッパ層
8、108 p型クラッド層
9、109 p型GaAsコンタクト層
10、110 ドライエッチングマスク
11、111 p型コンタクト電極
1, 101 Substrate 2, 102 n-type cladding layer 3, 103 n-type light guide layer 4, 104 MQW layer 5, 105 p-type light guide layer 6, 106 p-type cladding layer 7, 107 Etching stopper layer 8, 108 p-type Cladding layer 9, 109 p-type GaAs contact layer 10, 110 Dry etching mask 11, 111 p-type contact electrode

Claims (7)

(100)結晶面から[111]方向または[1−1−1]方向にオフ角を有する化合物半導体基板上に設けられた活性層と、前記活性層に設けられたエッチングストッパ層と、前記エッチングストッパ層に接して設けられたAlGaInPからなるストライプ状のリッジ部と、を有する半導体装置の製造方法であって、
前記リッジ部の形成は、前記リッジ部の両サイドの前記エッチングストッパ層を露出させるウェットエッチングを行うステップを備え、当該ウェットエッチングはフッ化水素含有溶液のエッチング液により実行されることで、前記リッジ部の端面を対称に形成するものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(100) an active layer provided on a compound semiconductor substrate having an off angle in a [111] direction or a [1-1-1] direction from a crystal plane, an etching stopper layer provided on the active layer, A method of manufacturing a semiconductor device having a stripe-shaped ridge portion made of AlGaInP provided in contact with an etching stopper layer,
The formation of the ridge portion includes a step of performing wet etching to expose the etching stopper layers on both sides of the ridge portion, and the wet etching is performed with an etching solution of a hydrogen fluoride-containing solution. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the end faces of the portions are formed symmetrically.
前記フッ化水素含有溶液は、NHFとHFの混合溶液であることを特徴とする請求項に記載の半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 , wherein the hydrogen fluoride-containing solution is a mixed solution of NH 4 F and HF. 前記フッ化水素含有溶液のフッ酸濃度は、4%以上で50%以下であることを特徴とする請求項またはに記載の半導体装置の製造方法。 Hydrofluoric acid concentration of the hydrogen fluoride-containing solution, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that 50% or less at more than 4%. 前記ストライプの延在方向は、前記基板のオフ角方向と垂直な方向であることを特徴とする請求項乃至の何れかに記載の半導体装置の製造方法。 The extending direction of the stripe, the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the off-axis directions perpendicular to the direction of the substrate. 前記エッチングは、予めドライエッチングにより形成された前記リッジ部に施されるものであることを特徴とする請求項乃至の何れかに記載の半導体装置の製造方法。 The etching method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that to be applied to the ridge portion formed in advance by dry etching. 前記リッジ部は、GaInP、GaAs、AlGaAs、またはGaInAsPの何れかの前記エッチングストッパ層上に設けられていることを特徴とする請求項乃至の何れかに記載の半導体装置の製造方法。 The ridge portion, GaInP, GaAs, AlGaAs or any of the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that provided on the etching stopper layer of GaInAsP,. 前記基板のオフ角度は、10度以下であることを特徴とする請求項乃至の何れかに記載の半導体装置の製造方法。 The off angle of the substrate, method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that more than 10 degrees.
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