JP4415480B2 - 構造基板および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の表面にこの表面から突出したリッジ部を部分的に備えた構造基板の製造方法、およびこれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、すなわち、砒化ガリウム（ＧａＡｓ），砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ），砒化インジウム（ＩｎＡｓ），燐化インジウム（ＩｎＰ），燐化ガリウム（ＧａＰ）やアンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）などを用いた半導体レーザは、室温での発振波長が赤色から赤外領域にまで及んでおり、高密度光ディスクの光源，光通信装置あるいはレーザポインタなどのデバイスへの応用が期待されている。
【０００３】
これらデバイスへの応用に際して、閾値電流をより低下させることが望まれており、その方法の１つとしてＳＤＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造が提案されている。例えばリッジ基板のような段差のある構造基板の上に半導体層を成長させると、ちょうど断層のように層がずれて、段上の活性層の両側には電流ブロック層が位置するように形成される。このようにして、内部電流狭窄機構を有する屈折率導波構造、すなわちＳＤＨ構造が得られる（特開昭６１−１８３９８７，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．７（１９９６）ｐｐ．６６４，ＩＥＥＥ Ｊ．ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎ．Ｖｏｌ．２８（１９９２）ｐ４など）。ＳＤＨ構造には、１度の結晶成長で形成でき、選択成長を利用しているために構造基板の段差や斜面部分においても良質な結晶を成長させることができるという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
こうした構造基板として用いられているのは、片側の面に順テーパ型などのリッジ部が設けられたリッジ基板である。順テーパ型のリッジ部とは、底面と側面との内角が鋭角で、断面形状が台形のものを指す。これまでは、例えば硫酸系エッチャントを用いて表面をエッチングすることにより、基板上に平坦な基底面とその上に突出したリッジ部が形成されていた。ところが、硫酸系エッチャントにおいては、エッチング速度が速いことや、高い精度の混合比でエッチャントを調製しなければならないことなどの理由からエッチングの制御が難しい。また、リッジ部の形成は、フォトリソグラフィー技術、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；化学気相成長）法、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ；反応性イオンエッチング）、ウエットエッチングなど、多くの工程を含んでいる。その結果、出来上がった構造基板には表面荒れ、つまり、付着物や酸化膜等による表面汚染、表面の凹凸などが発生していた。
【０００５】
このような構造基板の上に成長させた半導体層には、リッジ部の側面において付着物などを核とした異常成長が発生したり、リッジ部上面および基底面の平坦性や均質性が低下したりすることがあった。このこと自体が閾値電流や発振波長などのレーザ特性を不安定化させる要因であるが、今回、以後のプロセスにおいてマスクの位置合わせなどに支障をきたすことが判明し、製品の歩留りに影響することから、構造基板の表面荒れは一層解決すべき課題となった。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、基板の表面にこの表面から突出したリッジ部が部分的に形成された構造基板を表面の平坦性良く作製することができる製造方法、およびこれを用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による構造基板の製造方法は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる基板の表面にこの表面から突出したリッジ部を部分的に形成することにより構造基板を作製する第１の工程と、構造基板に表面処理を施して表面の平坦性を向上させる第２の工程とを含む構造基板の製造方法であって、第２の工程は、構造基板を有機溶剤により処理する工程と、構造基板の表面にプラズマを照射する工程と、構造基板の表面を還元剤により処理する工程とを、この順序で行うものである。
【０００９】
本発明による半導体装置の製造方法は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる基板の表面にこの表面から突出したリッジ部を部分的に形成することにより構造基板を作製する第１の工程と、構造基板に表面処理を施して表面の平坦性を向上させる第２の工程とを含む半導体装置の製造方法であって、第２の工程は、構造基板を有機溶剤により処理する工程と、構造基板の表面にプラズマを照射する工程と、構造基板の表面を還元剤により処理する工程とを、この順序で行うものである。
【００１０】
本発明による構造基板の製造方法または半導体装置の製造方法では、構造基板の表面荒れが改善され、平坦性が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係る構造基板の製造方法は、リッジ部を形成する工程とそののちに表面処理を施す工程により構成される。以下、この順序に従って構造基板の製造方法について説明する。
【００１３】
図１は、リッジ部の形成工程を表したものである。まず、図１（Ａ）に示したように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、例えば、ｐ型不純物としてＺｎを添加したＧａＡｓよりなり、（１００）面を主面とする厚さ（主面に対して垂直な方向の厚さ）が３５０μｍの基板１０を用意する。
【００１４】
基板１０としては、この他にも以下の材料を用いることができる。例えば、砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ），砒化インジウム（ＩｎＡｓ），燐化インジウム（ＩｎＰ），燐化ガリウム（ＧａＰ）およびアンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）のうちのいずれか１種、またはこれらのうちの少なくとも１種とＧａＡｓとの混晶、および、ＧａＡｓ，ＡｌＡｓ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＰ，ＧａＳｂのうちの少なくとも１種を含む混晶などである。これらはすべて、不純物の添加の有無に関わらず用いることができる。
【００１５】
次いで、この基板１０の主面に、リッジ部１０ａ（図１（Ｃ）参照）の形成領域に合わせてマスクパターン１１を形成する。マスクパターン１１の形成は、例えば、以下のように行われる。ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；化学気相成長）法などの蒸着法により基板１０の（１００）面に、厚さ１５０ｎｍの酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜と厚さ１０ｎｍの窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）膜とを積層した多層の無機材料膜を形成する。この無機材料膜上に、レジスト形成およびフォトリソグラフィにより、例えば基板１０の＜１１０＞方向に延長したストライプ形状のマスクを形成し、ＲＩＥまたはフッ化水素（ＨＦ）等の可溶性溶液によるエッチングにより積層膜を選択的に除去する。そののち、図示しないレジスト膜を除去する。
【００１６】
なお、マスクパターン１１の幅（延長方向に対して垂直な方向における幅）は、後述するエッチング工程におけるサイドエッチによりリッジ部１０ａの幅がマスクパターン１１の幅以下となることを考慮して、リッジ部１０ａの幅に応じて決定された所定の値（例えば、リッジ部１０ａ上面の幅が４μｍの場合は１０μｍ）とする。また、ストライプの間隔は、例えば１００μｍとする。
【００１７】
このマスクパターン１１は以後のエッチングに耐えうるものであればよく、例えば、酸化ケイ素あるいは窒化ケイ素の単層膜により形成してもよい。
【００１８】
次に、図１（Ｂ）に示したように、基板１０に対して所望のリッジ形状付近まで、基板１０の構成元素に対して選択性を持たない第１のエッチャントを用いた第１のウエットエッチングを行う。この第１のウエットエッチングは、等方性エッチングであり、少なくとも｛１１１｝Ｂ結晶面（以下、｛１１１｝Ｂ面という。）を含む結晶の面方位に対して依存性を持たないように行われ、リッジ部の側面が安定な｛１１１｝Ｂ面となるまでエッチングされる前に終了する。第１のエッチャントとしては、例えば、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素水 （Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）とを硫酸：過酸化水素水：水＝３０：１０：５００の体積比で混合した混合液を用いる。
【００１９】
ここでは、基板１０のマスクパターン１１に覆われていない部分からエッチングが進行し、＜１１０＞方向に対して垂直な方向にサイドエッチも進行する。但し、マスクパターン１１を無機材料膜により形成し、基板１０との密着性を高めているので、これらの界面ではサイドエッチの進行が防止される。従って、全体としては、鼓型のリッジ部１０ｂが形成される。
【００２０】
次に、図１（Ｃ）に示したように、基板１０の構成元素のうち陽イオンとなり得る元素（例えば、ＧａＡｓの場合にはＧａ）を選択的にエッチングする第２のエッチャントを用いて、基板１０に対してリッジ部１０ａの側面に非結晶成長面である｛１１１｝Ｂ面を出現させる第２のウエットエッチングを行う。この第２のウエットエッチングは、基板１０において、少なくとも｛１１１｝Ｂ面を含んだ面方位に対して選択的に行われる選択性エッチングである。なお、ここで非結晶成長面とは、結晶成長速度が極めて遅く、実質的に結晶が成長しない面のことを指す。
【００２１】
第２のエッチャントとしては、例えば、クエン酸と水とを１：１の体積比で混合したクエン酸水溶液と、過酸化水素水とを、クエン酸水溶液：過酸化水素水＝４５０：１５０の体積比で混合した混合液を用いる。なお、このクエン酸系エッチャントの他にも、基板１０の構成元素のうち陽イオンとなり得る元素と錯体を形成するものを用いることができる。このようなエッチャントとしては、例えば、カルボン酸である酒石酸，酢酸，シュウ酸，ギ酸，コハク酸あるいはリンゴ酸などが挙げられる。
【００２２】
この第２のウエットエッチングでは、リッジ部１０ａの側面に｛１１１｝Ｂ面が現れた時点でエッチングが自動的に停止し、マスクパターン１１直下ではそれ以上サイドエッチが進行しない。また、エッチング処理は所定のエッチング深さとなった時点で停止される。そのとき表出している基板１０の表面が基底面となり、基底面の位置によりリッジ部１０ａの高さが規定される。これにより、例えば、側面が｛１１１｝Ｂ面で構成され、上面の幅が４μｍ、高さが３．５〜４．０μｍである＜１１０＞方向に延長された順テーパ型のリッジ部１０ａが形成される。ちなみに、第１のエッチャントおよび第２のエッチャントは、上述の順序に用いられてはじめてリッジ部１０ａの側面を特定の結晶面とする効果があり、一方のみを使用しても効果は得られないものである。よって、本実施の形態では、２種類の異なるウエットエッチングを組み合わせて行い、リッジ部１０ａが精度良く形成されるようになっている。
【００２３】
次に、図１（Ｄ）に示したように、ＲＩＥなどのドライエッチング、または可溶性薬品等の溶液を用いたウエットエッチングを行って、マスクパターン１１を除去する。これにより、ストライプ形状であり、その断面が台形である順テーパ型のリッジ部１０ａが基板１０の上に形成される。
【００２４】
このときの基板１０には、マスクパターン１１の残存などによる粒子状の表面汚染や、基底面およびリッジ部１０ａの上面に波うつような起伏が生じている。ちなみに、従来は、基板１０をこの状態のまま、もしくは有機洗浄を施したのちに半導体素子の製造に用いており、前述のように素子特性を劣化させていた。
【００２５】
そこで、本実施の形態では、次に基板１０に対して表面処理を施す。図２は、この表面処理の手順について表したシーケンス（流れ図）である。図２を参照しながら、引き続き、基板１０の表面処理について説明する。
【００２６】
まず、有機洗浄を施す（ステップ１１）。これは、基板１０を例えばアセトンに浸漬するものである。溶剤としてはその他に、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）のうちのいずれか１種または２種以上の混合物を用いることができる。このときの浸漬条件は、適宜定めるようにしてよい。
【００２７】
なお、このとき溶剤に超音波を与えると、付着物の剥離が進行して、より効果的に基板洗浄を行うことができる（ステップ１２）。超音波洗浄の目安としては、例えば、周波数は２８〜１００ｋＨｚ程度の範囲の単周波もしくは重畳周波、出力１００Ｗ、洗浄時間は５分から１０分程度とするとよい。
【００２８】
次に、この基板１０を、有機溶剤中から引き出して水洗する（ステップ１３）。水洗は、例えば、超純水による５分程度の流水洗浄として行なわれる。これにより、有機洗浄を停止させ、有機溶剤成分や表面生成物を除去するようになっている。なお、このときにも超音波洗浄を組み合わせると、一旦除去された付着物等が基板１０に再び接着することが防止でき、より効果的に基板洗浄を行うことができる（ステップ１４）。超音波洗浄の条件は、例えば、出力１００Ｗ、周波数は２８〜１００ｋＨｚ程度の範囲の単周波もしくは重畳周波、洗浄時間５分である。
【００２９】
次に、基板１０を乾燥する（ステップ１５）。乾燥は、例えばスピンドライ法、赤外線乾燥、熱風乾燥、自然乾燥などにより行われる。このうち、スピンドライ法では、例えば、回転速度９００ｒｐｍとして６０〜９０秒間行なわれる。なお、ここでは、この有機洗浄、水洗、乾燥の工程をまとめて「有機溶剤処理」と呼ぶことにする。
【００３０】
次に、基板１０にプラズマ処理を施す（ステップ１６）。これは、例えばプラズマエッチングと同様の要領で行うことができ、例えば、酸素プラズマを用いて基板１０の表面をアッシングする場合、基板温度１５０℃、酸素ガス流量４００ｓｃｃｍ、背圧８０Ｐａ、出力３５０Ｗ、処理時間５分間とすることができる。これにより、基板１０の表面に付着した有機物等が除去され、均一に酸化された状態となる。なお、処理に用いるプラズマ気体としては、他に水素、窒素、および希ガス元素のうちのいずれか１種が挙げられ、酸化（アッシング）以外にプラズマエッチングとして処理を行い、有機物等の付着物を除去するようにしてもよい。なお、プラズマ処理によって、基板１０の表面状態は酸化されたかの如何に関わらず均一にならされる。
【００３１】
更に、基板１０に表面還元処理を施す（ステップ１７）。これは、還元剤に基板１０を浸漬して行われる。例えば、還元剤として１水素２フッ化アンモニウム１８％、水７２％の混合物を用い、５〜２０分間浸漬することにより行われる。なお、還元剤としては、これ以外のフッ化水素（ＨＦ）または水素（Ｈ）とフッ素（Ｆ）を含む溶剤や、有機アルカリ系溶剤を用いることができ、これにより、基板１０の表面に酸処理などにより生じた酸化膜を均一に除去すると共に、その他の残存物が除去される。
【００３２】
このようにして、有機溶剤処理、プラズマ処理、表面還元処理をこの順序で施すことにより、図１（Ｄ）に示した基板１０の表面荒れが改善される。作製された基板１０は、半導体レーザ等の半導体装置に基板として用いられる。
【００３３】
これらの処理工程は、必ずしも全て行う必要はなく、少なくとも２つが行われればよい。本発明者らが、先にこのような構造基板の表面に表面還元処理のみを試みたが、これでは十分に付着物を除去することはできず、表面の起伏も改善されなかった（図１０参照）。従って、１回の化学的洗浄だけでは、付着物や表面を覆う酸化膜等を除去して構造基板の表面荒れを改善することは困難であり、上記のうち少なくとも２つの処理の相乗効果が必要である。
【００３４】
また、その場合には、処理の順序は守られなければならない。例えば、有機溶剤処理の前にプラズマ処理を行った場合には、有機物等の付着物がプラズマと反応して重合物を形成することが予想される。こうした重合物は一般に有機溶剤による洗浄では落ちにくい。また、プラズマ処理によって基板１０の表面状態は酸化されたかの如何に関わらず均一にならされており、この後に表面還元処理を施す方が効果的である。表面が酸化されていればなおのこと最後に還元処理を施して酸化膜を除去すべきである。
【００３５】
このように、本実施の形態によれば、リッジ部１０ａが形成された基板１０に対して、有機溶剤処理、プラズマ処理、表面還元処理のうちの少なくとも２つの工程をこの順序で施すようにしたので、有機物等の付着物による所謂表面汚染を除去し、同時に表面の起伏をなくすことができる。よって、再現性よく簡便な方法で基板１０の表面荒れを軽減し、平坦化することとなる。
【００３６】
［第２の実施の形態］
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る構造基板の製造方法を用いた半導体装置の製造方法に関するものである。ここでは、ＳＤＨ構造の半導体レーザを例に挙げて説明する。ＳＤＨ構造とは、リッジ部を有する基板などの構造基板を利用して形成された不連続な半導体層により、内部に電流狭窄機構が設けられた屈折率導波型の構造を指す。なお、以下の説明では、第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
図３ないし図５は、本実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を工程毎に表したものである。まず、第１の実施の形態と同様にして基板１０を作製する。
【００３８】
ここでは、リッジ部１０ａの形成に際しては、その高さが例えば２．０μｍ以上となるように調節することが好ましい。ＳＤＨ構造の半導体レーザを作製するにはリッジ部１０ａの高さが２．０μｍ以上必要なためである。また、リッジ部１０ａ上面の幅については例えば１０μｍ以下となるように調節することが好ましい。リッジ部１０ａの幅が１０μｍ以下であれば、その上に積層する活性層の幅を３．０μｍ程度とすることができ、レーザの低閾値化を達成することができるからである。
【００３９】
次いで、図３に示したように、例えば、ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＧａＡｓよりなる厚さ０．６μｍのバッファ層３１，ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＡｌｓＧａ１−ｓＡｓ（但し、０＜ｓ＜１）混晶よりなる厚さ５００ｎｍの第１導電型クラッド層３２、ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＡｌｔＧａ１−ｔＡｓ（但し、ｔ＜ｓ）混晶よりなる厚さ３５ｎｍの光ガイド層３３、およびＡｌｕＧａ１−ｕＡｓ（但し、ｕ＜ｔ）混晶よりなる厚さ７ｎｍの活性層３４をこの基板１０の上に順に成長させる。続いて、例えば、ｎ型不純物としてケイ素が添加されたｎ型ＡｌｔＧａ１−ｔＡｓ混晶よりなる厚さ３５ｎｍの光ガイド層３５、およびｎ型不純物としてケイ素が添加されたｎ型ＡｌｓＧａ１−ｓＡｓ混晶よりなる第２導電型クラッド層３６（図８参照）の下層部３６ａを順次成長させる。この下層部３６ａは、その２つの側面が交わるまで成長させる。この下層部３６ａの厚さは、例えば５００ｎｍである。なお、これらの各層は、例えば、連続ＭＯＣＶＤ、すなわち各層毎に供給する原料ガスの切り替えを行って成長させる。
【００４０】
これにより、バッファ層３１から下層部３６ａまでの各層はリッジ部１０ａの上面とその両側にリッジ部１０ａにより分断されて形成される。リッジ部１０ａの側面は、非結晶成長面である｛１１１｝Ｂ面となっていることに加え、ここでは、第１の実施の形態の方法によって形成されているために表面荒れが軽減しており、半導体層の異常成長が一層抑制されるようになっている。
【００４１】
また、リッジ部１０ａの上面に形成されるバッファ層３１から下層部３６ａまでの各層は、その端部にリッジ部１０ａの側面と同じ｛１１１｝Ｂ面が生じ、あたかもリッジ部１０ａの側面が延長されるかのように成長する。この上面においても、第１の実施の形態の方法によって形成されているために表面の起伏が軽減しており、各半導体層が平坦に積層されるようになっている。
【００４２】
次に、図４に示したように、例えばｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＡｌｓＧａ１−ｓＡｓ混晶よりなる電流ブロック層３７を、リッジ部１０ａの上面に設けられた活性層３４の側面を覆うように厚さを調節して成長させる。ここでは、リッジ部１０ａは高さが均一かつ側面がほぼ平坦であるので、その上面に成長させた各層の形状もそれに倣っている。従って、電流ブロック層３７は高い位置精度で活性層３４の側面を覆うように形成される。これにより、活性層３４の両端は閉じられ、電流狭窄および横方向の光閉じ込めが行われる。このようにしてＳＤＨ構造が形成される。
【００４３】
次に、図５に示したように、電流ブロック層３７および下層部３６ａの上に、例えば、ｎ型不純物としてケイ素が添加されたｎ型ＡｌｓＧａ１−ｓＡｓ混晶よりなる厚さ５００ｎｍの第２導電型クラッド層３６の上層部３６ｂを成長させる。その際、上層部３６ｂは、成長が下層部３６ａを覆い尽くす厚さまで進行すると、基板１０の全面に成長するようになる。次いで、上層部３６ｂの上に、例えば、ｎ型不純物としてケイ素が高濃度に添加されたｎ型ＧａＡｓよりなる厚さ６０００ｎｍのキャップ層３８を成長させる。
【００４４】
そののち、キャップ層３８の上に、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金を順次蒸着してｎ側電極３９を形成する。また、基板１０の裏面側に、例えば、ニッケル，白金（Ｐｔ）および金を順次蒸着してｐ側電極４０を形成する。これにより、ＳＤＨ構造を持つ半導体レーザが完成する。
【００４５】
このようにして製造される半導体レーザは、次のように作用する。
【００４６】
この半導体レーザでは、ｎ側電極３９とｐ側電極４０との間に所定の電圧が印加されると、リッジ部１４ａの上面に形成された活性層３４に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が起こる。ここでは、上述の洗浄処理を施すことによって基板１０の表面は付着物が非常に少ない平坦面となっている。従って、この構造基板の上に成長した各半導体層の形成位置には部分的なばらつきや異常成長が抑制され、リッジ部１４ａの上面に形成された活性層３４の両側面は電流ブロック層３７に精度よく覆われている。よって、活性層３４への無効電流などの形状不安定に起因する現象が防止されて、閾値電流，動作電圧および発振波長などの諸特性がより安定化する。
【００４７】
本実施の形態では、有機物等の付着物による所謂表面汚染が除去されて表面の起伏が平坦化された順テーパ型のリッジ部１０ａを備えた基板１０の上にＳＤＨ構造を構築するようにしたので、各半導体層のリッジ部１０ａの側面における異常成長および形成位置のばらつきを少なくすることができる。従って、この基板１０を用いた半導体レーザの製造は容易なものとなり、生産性が向上すると共に作製された装置の特性のばらつきを軽減して歩留りを向上させることができる。なお、その結果として、この半導体レーザを光集積回路，光通信あるいは光記録媒体の光源などのデバイスに応用する場合に、応用の自由度が高くなると共に、デバイスの高速化，軽量化，小面積化および低消費電力化を実現することができる。また、コンシューマあるいはポータブル機器への応用も容易に行うことが可能となる。
【００４８】
【実施例】
更に、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００４９】
（実施例１〜３）
実施の形態と同様にしてリッジ部を形成したＧａＡｓ基板を用意し、これに次のような表面処理を以下の要領で施した。
【００５０】
▲１▼有機溶剤処理；
出力１００Ｗ、周波数１００ｋＨｚの超音波を加えたアセトン溶液に基板を５分間浸漬し、そののち、実施の形態と同様にして水洗、乾燥するもの。
▲２▼プラズマ処理；
基板温度を１５０℃、酸素ガス流量を４００ｓｃｃｍとして、背圧０．６Ｔｏｒｒ、ＲＦ出力３５０Ｗでプラズマ処理を５分間行うもの。
▲３▼表面還元処理；
有機アルカリ系溶剤であるトリケミカル社製セミコクリーンの中に基板を２０分間浸漬したのち、乾燥するもの。
【００５１】
実施例１では、▲１▼有機溶剤処理、▲２▼プラズマ処理、▲３▼表面還元処理をこの順に行った。実施例２では、▲１▼有機溶剤処理に次いで▲３▼表面還元処理を行った。実施例３では、▲２▼プラズマ処理に次いで▲３▼表面還元処理を行った。
【００５２】
（比較例）
実施例と同様にしてリッジ部を形成したＧａＡｓ基板を用意し、▲３▼表面還元処理のみを行った。
【００５３】
これら実施例１〜３、および比較例に対して電子顕微鏡観察を行った。図６〜図９はそれぞれの顕微鏡写真である（図６〜８；倍率１００倍、図９；倍率２００倍）。比較例では、リッジ上面や基底面と側面の境に粒状の付着物が多数残存しており、更にリッジ部上面および基底面には波うつような起伏がはっきりと見てとれる。これに対して、実施例１〜３では、このような付着物は激減しており、リッジ部上面および基底面における起伏が消滅して平坦化していることがわかる。また、実施例のなかでも、番号の順に表面粗度が低くなっていることがわかる。
【００５４】
よって、上記の▲１▼、▲２▼、▲３▼の処理のうち１つの処理では基板表面の荒れを改善する効果はほとんどみられず、これら３つの処理のうち２つ以上を、この順に組み合わせて行うことによって表面が平坦な構造基板が得られることがわかった。また、▲１▼、▲２▼、▲３▼の処理を全て行うのが最も効果的であり、▲１▼、▲３▼の処理と▲２▼、▲３▼の処理はこの順に効果があることがわかった。
【００５５】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形熊および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、側面を｛１１１｝Ｂ面により形成した順テーパ型のリッジ部１０ａを有する基板１０の製造方法について説明したが、そのうちのリッジ部１０ａの形成方法についてはこれによらず他の方法を用いても構わない。更に、例えば、所謂逆テーパ型基板などのその他の構造基板についても適用することが可能である。
【００５６】
また、上記第２の実施の形態では、基板１０を用いた半導体装置として半導体レーザを挙げたが、本発明はこれ以外の半導体装置の製造方法に対しても適用することができる。例えば、リセス構造ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；電界効果トランジスタ）の製造に適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の構造基板の製造方法によれば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる基板の表面にこの表面から突出したリッジ部を部分的に形成することにより構造基板を作製する第１の工程と、構造基板に表面処理を施して表面の平坦性を向上させる第２の工程とを含んでおり、第２の工程は、構造基板を有機溶剤により処理する工程と、構造基板の表面にプラズマを照射する工程と、構造基板の表面を還元剤により処理する工程とを、この順序で行うようにしたので、基板の表面荒れが改善され、平坦面により構成された構造基板を得ることができる。よって、これを用いた半導体素子の製造を容易なものとしてその生産性を向上させることができる。
【００５８】
特に、請求項３に記載の構造基板の製造方法によれば、構造基板を有機溶剤により処理する工程は、構造基板を有機溶剤に浸漬させた後、構造基板を水洗する工程を含んでおり、更に、構造基板を有機溶剤に浸漬させる工程、または構造基板を水洗する工程のうちの少なくとも一方の工程において、有機溶剤または水に対して超音波振動を付加するようにしたので、より効果的に表面荒れを改善することができる。
【００５９】
また、請求項８ないし請求項１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法によれば、本発明の構造基板の製造方法を用いるようにしたので、各半導体層のリッジ部側面における異常成長および形成位置のばらつきを少なくすることができる。従って、所望の半導体装置を容易に製造することができ、生産性が向上すると共に作製された装置の特性のばらつきを軽減して歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る構造基板のリッジ部製造工程を表す断面図である。
【図２】図１の工程の後に行われる表面処理の手順を説明するための流れ図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの製造工程を表す断面図である。
【図４】図４に続く工程を表す断面図である。
【図５】図５に続く工程を表す断面図である。
【図６】本発明の実施例１の構造基板の顕微鏡写真である。
【図７】本発明の実施例２の構造基板の顕微鏡写真である。
【図８】本発明の実施例３の構造基板の顕微鏡写真である。
【図９】本発明の比較例の構造基板の顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１０…基板、１０ａ…リッジ部、１１…マスクパターン
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の表面にこの表面から突出したリッジ部を部分的に備えた構造基板の製造方法、およびこれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、すなわち、砒化ガリウム（ＧａＡｓ），砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ），砒化インジウム（ＩｎＡｓ），燐化インジウム（ＩｎＰ），燐化ガリウム（ＧａＰ）やアンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）などを用いた半導体レーザは、室温での発振波長が赤色から赤外領域にまで及んでおり、高密度光ディスクの光源，光通信装置あるいはレーザポインタなどのデバイスへの応用が期待されている。
【０００３】
これらデバイスへの応用に際して、閾値電流をより低下させることが望まれており、その方法の１つとしてＳＤＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造が提案されている。例えばリッジ基板のような段差のある構造基板の上に半導体層を成長させると、ちょうど断層のように層がずれて、段上の活性層の両側には電流ブロック層が位置するように形成される。このようにして、内部電流狭窄機構を有する屈折率導波構造、すなわちＳＤＨ構造が得られる（特開昭６１−１８３９８７，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．７（１９９６）ｐｐ．６６４，ＩＥＥＥ Ｊ．ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎ．Ｖｏｌ．２８（１９９２）ｐ４など）。ＳＤＨ構造には、１度の結晶成長で形成でき、選択成長を利用しているために構造基板の段差や斜面部分においても良質な結晶を成長させることができるという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
こうした構造基板として用いられているのは、片側の面に順テーパ型などのリッジ部が設けられたリッジ基板である。順テーパ型のリッジ部とは、底面と側面との内角が鋭角で、断面形状が台形のものを指す。これまでは、例えば硫酸系エッチャントを用いて表面をエッチングすることにより、基板上に平坦な基底面とその上に突出したリッジ部が形成されていた。ところが、硫酸系エッチャントにおいては、エッチング速度が速いことや、高い精度の混合比でエッチャントを調製しなければならないことなどの理由からエッチングの制御が難しい。また、リッジ部の形成は、フォトリソグラフィー技術、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；化学気相成長）法、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ；反応性イオンエッチング）、ウエットエッチングなど、多くの工程を含んでいる。その結果、出来上がった構造基板には表面荒れ、つまり、付着物や酸化膜等による表面汚染、表面の凹凸などが発生していた。
【０００５】
このような構造基板の上に成長させた半導体層には、リッジ部の側面において付着物などを核とした異常成長が発生したり、リッジ部上面および基底面の平坦性や均質性が低下したりすることがあった。このこと自体が閾値電流や発振波長などのレーザ特性を不安定化させる要因であるが、今回、以後のプロセスにおいてマスクの位置合わせなどに支障をきたすことが判明し、製品の歩留りに影響することから、構造基板の表面荒れは一層解決すべき課題となった。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、基板の表面にこの表面から突出したリッジ部が部分的に形成された構造基板を表面の平坦性良く作製することができる製造方法、およびこれを用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による構造基板の製造方法は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる基板の表面にこの表面から突出したリッジ部を部分的に形成することにより構造基板を作製する第１の工程と、構造基板に表面処理を施して表面の平坦性を向上させる第２の工程とを含む構造基板の製造方法であって、第２の工程は、構造基板を有機溶剤により処理する工程と、構造基板の表面にプラズマを照射する工程と、構造基板の表面を還元剤により処理する工程とを、この順序で行うものである。
【０００９】
本発明による半導体装置の製造方法は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる基板の表面にこの表面から突出したリッジ部を部分的に形成することにより構造基板を作製する第１の工程と、構造基板に表面処理を施して表面の平坦性を向上させる第２の工程とを含む半導体装置の製造方法であって、第２の工程は、構造基板を有機溶剤により処理する工程と、構造基板の表面にプラズマを照射する工程と、構造基板の表面を還元剤により処理する工程とを、この順序で行うものである。
【００１０】
本発明による構造基板の製造方法または半導体装置の製造方法では、構造基板の表面荒れが改善され、平坦性が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係る構造基板の製造方法は、リッジ部を形成する工程とそののちに表面処理を施す工程により構成される。以下、この順序に従って構造基板の製造方法について説明する。
【００１３】
図１は、リッジ部の形成工程を表したものである。まず、図１（Ａ）に示したように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、例えば、ｐ型不純物としてＺｎを添加したＧａＡｓよりなり、（１００）面を主面とする厚さ（主面に対して垂直な方向の厚さ）が３５０μｍの基板１０を用意する。
【００１４】
基板１０としては、この他にも以下の材料を用いることができる。例えば、砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ），砒化インジウム（ＩｎＡｓ），燐化インジウム（ＩｎＰ），燐化ガリウム（ＧａＰ）およびアンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）のうちのいずれか１種、またはこれらのうちの少なくとも１種とＧａＡｓとの混晶、および、ＧａＡｓ，ＡｌＡｓ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＰ，ＧａＳｂのうちの少なくとも１種を含む混晶などである。これらはすべて、不純物の添加の有無に関わらず用いることができる。
【００１５】
次いで、この基板１０の主面に、リッジ部１０ａ（図１（Ｃ）参照）の形成領域に合わせてマスクパターン１１を形成する。マスクパターン１１の形成は、例えば、以下のように行われる。ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；化学気相成長）法などの蒸着法により基板１０の（１００）面に、厚さ１５０ｎｍの酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜と厚さ１０ｎｍの窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）膜とを積層した多層の無機材料膜を形成する。この無機材料膜上に、レジスト形成およびフォトリソグラフィにより、例えば基板１０の＜１１０＞方向に延長したストライプ形状のマスクを形成し、ＲＩＥまたはフッ化水素（ＨＦ）等の可溶性溶液によるエッチングにより積層膜を選択的に除去する。そののち、図示しないレジスト膜を除去する。
【００１６】
なお、マスクパターン１１の幅（延長方向に対して垂直な方向における幅）は、後述するエッチング工程におけるサイドエッチによりリッジ部１０ａの幅がマスクパターン１１の幅以下となることを考慮して、リッジ部１０ａの幅に応じて決定された所定の値（例えば、リッジ部１０ａ上面の幅が４μｍの場合は１０μｍ）とする。また、ストライプの間隔は、例えば１００μｍとする。
【００１７】
このマスクパターン１１は以後のエッチングに耐えうるものであればよく、例えば、酸化ケイ素あるいは窒化ケイ素の単層膜により形成してもよい。
【００１８】
次に、図１（Ｂ）に示したように、基板１０に対して所望のリッジ形状付近まで、基板１０の構成元素に対して選択性を持たない第１のエッチャントを用いた第１のウエットエッチングを行う。この第１のウエットエッチングは、等方性エッチングであり、少なくとも｛１１１｝Ｂ結晶面（以下、｛１１１｝Ｂ面という。）を含む結晶の面方位に対して依存性を持たないように行われ、リッジ部の側面が安定な｛１１１｝Ｂ面となるまでエッチングされる前に終了する。第１のエッチャントとしては、例えば、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素水 （Ｈ２Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）とを硫酸：過酸化水素水：水＝３０：１０：５００の体積比で混合した混合液を用いる。
【００１９】
ここでは、基板１０のマスクパターン１１に覆われていない部分からエッチングが進行し、＜１１０＞方向に対して垂直な方向にサイドエッチも進行する。但し、マスクパターン１１を無機材料膜により形成し、基板１０との密着性を高めているので、これらの界面ではサイドエッチの進行が防止される。従って、全体としては、鼓型のリッジ部１０ｂが形成される。
【００２０】
次に、図１（Ｃ）に示したように、基板１０の構成元素のうち陽イオンとなり得る元素（例えば、ＧａＡｓの場合にはＧａ）を選択的にエッチングする第２のエッチャントを用いて、基板１０に対してリッジ部１０ａの側面に非結晶成長面である｛１１１｝Ｂ面を出現させる第２のウエットエッチングを行う。この第２のウエットエッチングは、基板１０において、少なくとも｛１１１｝Ｂ面を含んだ面方位に対して選択的に行われる選択性エッチングである。なお、ここで非結晶成長面とは、結晶成長速度が極めて遅く、実質的に結晶が成長しない面のことを指す。
【００２１】
第２のエッチャントとしては、例えば、クエン酸と水とを１：１の体積比で混合したクエン酸水溶液と、過酸化水素水とを、クエン酸水溶液：過酸化水素水＝４５０：１５０の体積比で混合した混合液を用いる。なお、このクエン酸系エッチャントの他にも、基板１０の構成元素のうち陽イオンとなり得る元素と錯体を形成するものを用いることができる。このようなエッチャントとしては、例えば、カルボン酸である酒石酸，酢酸，シュウ酸，ギ酸，コハク酸あるいはリンゴ酸などが挙げられる。
【００２２】
この第２のウエットエッチングでは、リッジ部１０ａの側面に｛１１１｝Ｂ面が現れた時点でエッチングが自動的に停止し、マスクパターン１１直下ではそれ以上サイドエッチが進行しない。また、エッチング処理は所定のエッチング深さとなった時点で停止される。そのとき表出している基板１０の表面が基底面となり、基底面の位置によりリッジ部１０ａの高さが規定される。これにより、例えば、側面が｛１１１｝Ｂ面で構成され、上面の幅が４μｍ、高さが３．５〜４．０μｍである＜１１０＞方向に延長された順テーパ型のリッジ部１０ａが形成される。ちなみに、第１のエッチャントおよび第２のエッチャントは、上述の順序に用いられてはじめてリッジ部１０ａの側面を特定の結晶面とする効果があり、一方のみを使用しても効果は得られないものである。よって、本実施の形態では、２種類の異なるウエットエッチングを組み合わせて行い、リッジ部１０ａが精度良く形成されるようになっている。
【００２３】
次に、図１（Ｄ）に示したように、ＲＩＥなどのドライエッチング、または可溶性薬品等の溶液を用いたウエットエッチングを行って、マスクパターン１１を除去する。これにより、ストライプ形状であり、その断面が台形である順テーパ型のリッジ部１０ａが基板１０の上に形成される。
【００２４】
このときの基板１０には、マスクパターン１１の残存などによる粒子状の表面汚染や、基底面およびリッジ部１０ａの上面に波うつような起伏が生じている。ちなみに、従来は、基板１０をこの状態のまま、もしくは有機洗浄を施したのちに半導体素子の製造に用いており、前述のように素子特性を劣化させていた。
【００２５】
そこで、本実施の形態では、次に基板１０に対して表面処理を施す。図２は、この表面処理の手順について表したシーケンス（流れ図）である。図２を参照しながら、引き続き、基板１０の表面処理について説明する。
【００２６】
まず、有機洗浄を施す（ステップ１１）。これは、基板１０を例えばアセトンに浸漬するものである。溶剤としてはその他に、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）のうちのいずれか１種または２種以上の混合物を用いることができる。このときの浸漬条件は、適宜定めるようにしてよい。
【００２７】
なお、このとき溶剤に超音波を与えると、付着物の剥離が進行して、より効果的に基板洗浄を行うことができる（ステップ１２）。超音波洗浄の目安としては、例えば、周波数は２８〜１００ｋＨｚ程度の範囲の単周波もしくは重畳周波、出力１００Ｗ、洗浄時間は５分から１０分程度とするとよい。
【００２８】
次に、この基板１０を、有機溶剤中から引き出して水洗する（ステップ１３）。水洗は、例えば、超純水による５分程度の流水洗浄として行なわれる。これにより、有機洗浄を停止させ、有機溶剤成分や表面生成物を除去するようになっている。なお、このときにも超音波洗浄を組み合わせると、一旦除去された付着物等が基板１０に再び接着することが防止でき、より効果的に基板洗浄を行うことができる（ステップ１４）。超音波洗浄の条件は、例えば、出力１００Ｗ、周波数は２８〜１００ｋＨｚ程度の範囲の単周波もしくは重畳周波、洗浄時間５分である。
【００２９】
次に、基板１０を乾燥する（ステップ１５）。乾燥は、例えばスピンドライ法、赤外線乾燥、熱風乾燥、自然乾燥などにより行われる。このうち、スピンドライ法では、例えば、回転速度９００ｒｐｍとして６０〜９０秒間行なわれる。なお、ここでは、この有機洗浄、水洗、乾燥の工程をまとめて「有機溶剤処理」と呼ぶことにする。
【００３０】
次に、基板１０にプラズマ処理を施す（ステップ１６）。これは、例えばプラズマエッチングと同様の要領で行うことができ、例えば、酸素プラズマを用いて基板１０の表面をアッシングする場合、基板温度１５０℃、酸素ガス流量４００ｓｃｃｍ、背圧８０Ｐａ、出力３５０Ｗ、処理時間５分間とすることができる。これにより、基板１０の表面に付着した有機物等が除去され、均一に酸化された状態となる。なお、処理に用いるプラズマ気体としては、他に水素、窒素、および希ガス元素のうちのいずれか１種が挙げられ、酸化（アッシング）以外にプラズマエッチングとして処理を行い、有機物等の付着物を除去するようにしてもよい。なお、プラズマ処理によって、基板１０の表面状態は酸化されたかの如何に関わらず均一にならされる。
【００３１】
更に、基板１０に表面還元処理を施す（ステップ１７）。これは、還元剤に基板１０を浸漬して行われる。例えば、還元剤として１水素２フッ化アンモニウム１８％、水７２％の混合物を用い、５〜２０分間浸漬することにより行われる。なお、還元剤としては、これ以外のフッ化水素（ＨＦ）または水素（Ｈ）とフッ素（Ｆ）を含む溶剤や、有機アルカリ系溶剤を用いることができ、これにより、基板１０の表面に酸処理などにより生じた酸化膜を均一に除去すると共に、その他の残存物が除去される。
【００３２】
このようにして、有機溶剤処理、プラズマ処理、表面還元処理をこの順序で施すことにより、図１（Ｄ）に示した基板１０の表面荒れが改善される。作製された基板１０は、半導体レーザ等の半導体装置に基板として用いられる。
【００３３】
これらの処理工程は、必ずしも全て行う必要はなく、少なくとも２つが行われればよい。本発明者らが、先にこのような構造基板の表面に表面還元処理のみを試みたが、これでは十分に付着物を除去することはできず、表面の起伏も改善されなかった（図１０参照）。従って、１回の化学的洗浄だけでは、付着物や表面を覆う酸化膜等を除去して構造基板の表面荒れを改善することは困難であり、上記のうち少なくとも２つの処理の相乗効果が必要である。
【００３４】
また、その場合には、処理の順序は守られなければならない。例えば、有機溶剤処理の前にプラズマ処理を行った場合には、有機物等の付着物がプラズマと反応して重合物を形成することが予想される。こうした重合物は一般に有機溶剤による洗浄では落ちにくい。また、プラズマ処理によって基板１０の表面状態は酸化されたかの如何に関わらず均一にならされており、この後に表面還元処理を施す方が効果的である。表面が酸化されていればなおのこと最後に還元処理を施して酸化膜を除去すべきである。
【００３５】
このように、本実施の形態によれば、リッジ部１０ａが形成された基板１０に対して、有機溶剤処理、プラズマ処理、表面還元処理のうちの少なくとも２つの工程をこの順序で施すようにしたので、有機物等の付着物による所謂表面汚染を除去し、同時に表面の起伏をなくすことができる。よって、再現性よく簡便な方法で基板１０の表面荒れを軽減し、平坦化することとなる。
【００３６】
［第２の実施の形態］
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る構造基板の製造方法を用いた半導体装置の製造方法に関するものである。ここでは、ＳＤＨ構造の半導体レーザを例に挙げて説明する。ＳＤＨ構造とは、リッジ部を有する基板などの構造基板を利用して形成された不連続な半導体層により、内部に電流狭窄機構が設けられた屈折率導波型の構造を指す。なお、以下の説明では、第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
図３ないし図５は、本実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を工程毎に表したものである。まず、第１の実施の形態と同様にして基板１０を作製する。
【００３８】
ここでは、リッジ部１０ａの形成に際しては、その高さが例えば２．０μｍ以上となるように調節することが好ましい。ＳＤＨ構造の半導体レーザを作製するにはリッジ部１０ａの高さが２．０μｍ以上必要なためである。また、リッジ部１０ａ上面の幅については例えば１０μｍ以下となるように調節することが好ましい。リッジ部１０ａの幅が１０μｍ以下であれば、その上に積層する活性層の幅を３．０μｍ程度とすることができ、レーザの低閾値化を達成することができるからである。
【００３９】
次いで、図３に示したように、例えば、ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＧａＡｓよりなる厚さ０．６μｍのバッファ層３１，ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＡｌｓＧａ１−ｓＡｓ（但し、０＜ｓ＜１）混晶よりなる厚さ５００ｎｍの第１導電型クラッド層３２、ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＡｌｔＧａ１−ｔＡｓ（但し、ｔ＜ｓ）混晶よりなる厚さ３５ｎｍの光ガイド層３３、およびＡｌｕＧａ１−ｕＡｓ（但し、ｕ＜ｔ）混晶よりなる厚さ７ｎｍの活性層３４をこの基板１０の上に順に成長させる。続いて、例えば、ｎ型不純物としてケイ素が添加されたｎ型ＡｌｔＧａ１−ｔＡｓ混晶よりなる厚さ３５ｎｍの光ガイド層３５、およびｎ型不純物としてケイ素が添加されたｎ型ＡｌｓＧａ１−ｓＡｓ混晶よりなる第２導電型クラッド層３６（図８参照）の下層部３６ａを順次成長させる。この下層部３６ａは、その２つの側面が交わるまで成長させる。この下層部３６ａの厚さは、例えば５００ｎｍである。なお、これらの各層は、例えば、連続ＭＯＣＶＤ、すなわち各層毎に供給する原料ガスの切り替えを行って成長させる。
【００４０】
これにより、バッファ層３１から下層部３６ａまでの各層はリッジ部１０ａの上面とその両側にリッジ部１０ａにより分断されて形成される。リッジ部１０ａの側面は、非結晶成長面である｛１１１｝Ｂ面となっていることに加え、ここでは、第１の実施の形態の方法によって形成されているために表面荒れが軽減しており、半導体層の異常成長が一層抑制されるようになっている。
【００４１】
また、リッジ部１０ａの上面に形成されるバッファ層３１から下層部３６ａまでの各層は、その端部にリッジ部１０ａの側面と同じ｛１１１｝Ｂ面が生じ、あたかもリッジ部１０ａの側面が延長されるかのように成長する。この上面においても、第１の実施の形態の方法によって形成されているために表面の起伏が軽減しており、各半導体層が平坦に積層されるようになっている。
【００４２】
次に、図４に示したように、例えばｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＡｌｓＧａ１−ｓＡｓ混晶よりなる電流ブロック層３７を、リッジ部１０ａの上面に設けられた活性層３４の側面を覆うように厚さを調節して成長させる。ここでは、リッジ部１０ａは高さが均一かつ側面がほぼ平坦であるので、その上面に成長させた各層の形状もそれに倣っている。従って、電流ブロック層３７は高い位置精度で活性層３４の側面を覆うように形成される。これにより、活性層３４の両端は閉じられ、電流狭窄および横方向の光閉じ込めが行われる。このようにしてＳＤＨ構造が形成される。
【００４３】
次に、図５に示したように、電流ブロック層３７および下層部３６ａの上に、例えば、ｎ型不純物としてケイ素が添加されたｎ型ＡｌｓＧａ１−ｓＡｓ混晶よりなる厚さ５００ｎｍの第２導電型クラッド層３６の上層部３６ｂを成長させる。その際、上層部３６ｂは、成長が下層部３６ａを覆い尽くす厚さまで進行すると、基板１０の全面に成長するようになる。次いで、上層部３６ｂの上に、例えば、ｎ型不純物としてケイ素が高濃度に添加されたｎ型ＧａＡｓよりなる厚さ６０００ｎｍのキャップ層３８を成長させる。
【００４４】
そののち、キャップ層３８の上に、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金を順次蒸着してｎ側電極３９を形成する。また、基板１０の裏面側に、例えば、ニッケル，白金（Ｐｔ）および金を順次蒸着してｐ側電極４０を形成する。これにより、ＳＤＨ構造を持つ半導体レーザが完成する。
【００４５】
このようにして製造される半導体レーザは、次のように作用する。
【００４６】
この半導体レーザでは、ｎ側電極３９とｐ側電極４０との間に所定の電圧が印加されると、リッジ部１４ａの上面に形成された活性層３４に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が起こる。ここでは、上述の洗浄処理を施すことによって基板１０の表面は付着物が非常に少ない平坦面となっている。従って、この構造基板の上に成長した各半導体層の形成位置には部分的なばらつきや異常成長が抑制され、リッジ部１４ａの上面に形成された活性層３４の両側面は電流ブロック層３７に精度よく覆われている。よって、活性層３４への無効電流などの形状不安定に起因する現象が防止されて、閾値電流，動作電圧および発振波長などの諸特性がより安定化する。
【００４７】
本実施の形態では、有機物等の付着物による所謂表面汚染が除去されて表面の起伏が平坦化された順テーパ型のリッジ部１０ａを備えた基板１０の上にＳＤＨ構造を構築するようにしたので、各半導体層のリッジ部１０ａの側面における異常成長および形成位置のばらつきを少なくすることができる。従って、この基板１０を用いた半導体レーザの製造は容易なものとなり、生産性が向上すると共に作製された装置の特性のばらつきを軽減して歩留りを向上させることができる。なお、その結果として、この半導体レーザを光集積回路，光通信あるいは光記録媒体の光源などのデバイスに応用する場合に、応用の自由度が高くなると共に、デバイスの高速化，軽量化，小面積化および低消費電力化を実現することができる。また、コンシューマあるいはポータブル機器への応用も容易に行うことが可能となる。
【００４８】
【実施例】
更に、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００４９】
（実施例１〜３）
実施の形態と同様にしてリッジ部を形成したＧａＡｓ基板を用意し、これに次のような表面処理を以下の要領で施した。
【００５０】
▲１▼有機溶剤処理；
出力１００Ｗ、周波数１００ｋＨｚの超音波を加えたアセトン溶液に基板を５分間浸漬し、そののち、実施の形態と同様にして水洗、乾燥するもの。
▲２▼プラズマ処理；
基板温度を１５０℃、酸素ガス流量を４００ｓｃｃｍとして、背圧０．６Ｔｏｒｒ、ＲＦ出力３５０Ｗでプラズマ処理を５分間行うもの。
▲３▼表面還元処理；
有機アルカリ系溶剤であるトリケミカル社製セミコクリーンの中に基板を２０分間浸漬したのち、乾燥するもの。
【００５１】
実施例１では、▲１▼有機溶剤処理、▲２▼プラズマ処理、▲３▼表面還元処理をこの順に行った。実施例２では、▲１▼有機溶剤処理に次いで▲３▼表面還元処理を行った。実施例３では、▲２▼プラズマ処理に次いで▲３▼表面還元処理を行った。
【００５２】
（比較例）
実施例と同様にしてリッジ部を形成したＧａＡｓ基板を用意し、▲３▼表面還元処理のみを行った。
【００５３】
これら実施例１〜３、および比較例に対して電子顕微鏡観察を行った。図６〜図９はそれぞれの顕微鏡写真である（図６〜８；倍率１００倍、図９；倍率２００倍）。比較例では、リッジ上面や基底面と側面の境に粒状の付着物が多数残存しており、更にリッジ部上面および基底面には波うつような起伏がはっきりと見てとれる。これに対して、実施例１〜３では、このような付着物は激減しており、リッジ部上面および基底面における起伏が消滅して平坦化していることがわかる。また、実施例のなかでも、番号の順に表面粗度が低くなっていることがわかる。
【００５４】
よって、上記の▲１▼、▲２▼、▲３▼の処理のうち１つの処理では基板表面の荒れを改善する効果はほとんどみられず、これら３つの処理のうち２つ以上を、この順に組み合わせて行うことによって表面が平坦な構造基板が得られることがわかった。また、▲１▼、▲２▼、▲３▼の処理を全て行うのが最も効果的であり、▲１▼、▲３▼の処理と▲２▼、▲３▼の処理はこの順に効果があることがわかった。
【００５５】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形熊および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、側面を｛１１１｝Ｂ面により形成した順テーパ型のリッジ部１０ａを有する基板１０の製造方法について説明したが、そのうちのリッジ部１０ａの形成方法についてはこれによらず他の方法を用いても構わない。更に、例えば、所謂逆テーパ型基板などのその他の構造基板についても適用することが可能である。
【００５６】
また、上記第２の実施の形態では、基板１０を用いた半導体装置として半導体レーザを挙げたが、本発明はこれ以外の半導体装置の製造方法に対しても適用することができる。例えば、リセス構造ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；電界効果トランジスタ）の製造に適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の構造基板の製造方法によれば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる基板の表面にこの表面から突出したリッジ部を部分的に形成することにより構造基板を作製する第１の工程と、構造基板に表面処理を施して表面の平坦性を向上させる第２の工程とを含んでおり、第２の工程は、構造基板を有機溶剤により処理する工程と、構造基板の表面にプラズマを照射する工程と、構造基板の表面を還元剤により処理する工程とを、この順序で行うようにしたので、基板の表面荒れが改善され、平坦面により構成された構造基板を得ることができる。よって、これを用いた半導体素子の製造を容易なものとしてその生産性を向上させることができる。
【００５８】
特に、請求項３に記載の構造基板の製造方法によれば、構造基板を有機溶剤により処理する工程は、構造基板を有機溶剤に浸漬させた後、構造基板を水洗する工程を含んでおり、更に、構造基板を有機溶剤に浸漬させる工程、または構造基板を水洗する工程のうちの少なくとも一方の工程において、有機溶剤または水に対して超音波振動を付加するようにしたので、より効果的に表面荒れを改善することができる。
【００５９】
また、請求項８ないし請求項１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法によれば、本発明の構造基板の製造方法を用いるようにしたので、各半導体層のリッジ部側面における異常成長および形成位置のばらつきを少なくすることができる。従って、所望の半導体装置を容易に製造することができ、生産性が向上すると共に作製された装置の特性のばらつきを軽減して歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る構造基板のリッジ部製造工程を表す断面図である。
【図２】図１の工程の後に行われる表面処理の手順を説明するための流れ図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの製造工程を表す断面図である。
【図４】図４に続く工程を表す断面図である。
【図５】図５に続く工程を表す断面図である。
【図６】本発明の実施例１の構造基板の顕微鏡写真である。
【図７】本発明の実施例２の構造基板の顕微鏡写真である。
【図８】本発明の実施例３の構造基板の顕微鏡写真である。
【図９】本発明の比較例の構造基板の顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１０…基板、１０ａ…リッジ部、１１…マスクパターン
Claims (14)
- ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる基板の表面にこの表面から突出したリッジ部を部分的に形成することにより構造基板を作製する第１の工程と、前記構造基板に表面処理を施して表面の平坦性を向上させる第２の工程とを含む構造基板の製造方法であって、
前記第２の工程は、
前記構造基板を有機溶剤により処理する工程と、前記構造基板の表面にプラズマを照射する工程と、前記構造基板の表面を還元剤により処理する工程とを、この順序で行う
構造基板の製造方法。 - 前記構造基板を有機溶剤により処理する工程は、前記構造基板を有機溶剤に浸漬させた後、前記構造基板を水洗する工程を含む
請求項１記載の構造基板の製造方法。 - 前記構造基板を有機溶剤に浸漬させる工程、または前記構造基板を水洗する工程のうちの少なくとも一方の工程において、前記有機溶剤または水に対して超音波振動を付加する
請求項２記載の構造基板の製造方法。 - 前記有機溶剤が、アセトン、メタノール、エタノールおよびイソプロピルアルコールのうちのいずれか１種または２種以上の混合物である
請求項１に記載の構造基板の製造方法。 - 前記プラズマが、水素、窒素、酸素および希ガス元素のうちのいずれか１種を含む
請求項１に記載の構造基板の製造方法。 - 前記表面還元剤が、有機アルカリ系溶剤、もしくは、フッ化水素（ＨＦ）または水素（Ｈ）とフッ素（Ｆ）を含む溶剤のいずれかである
請求項１に記載の構造基板の製造方法。 - 前記リッジ部が、断面が台形の順テーパ型である
請求項１に記載の構造基板の製造方法。 - ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる基板の表面にこの表面から突出したリッジ部を部分的に形成することにより構造基板を作製する第１の工程と、前記構造基板に表面処理を施して表面の平坦性を向上させる第２の工程とを含む半導体装置の製造方法であって、
前記第２の工程は、前記構造基板を有機溶剤により処理する工程と、前記構造基板の表面にプラズマを照射する工程と、前記構造基板の表面を還元剤により処理する工程とを、この順序で行う
半導体装置の製造方法。 - 前記構造基板を有機溶剤により処理する工程は、前記構造基板を有機溶剤に浸漬させた後、前記構造基板を水洗する工程を含む
請求項８記載の半導体装置の製造方法。 - 前記構造基板を有機溶剤に浸漬させる工程、または前記構造基板を水洗する工程のうちの少なくとも一方の工程において、前記有機溶剤または水に対して超音波振動を付加する
請求項９記載の半導体装置の製造方法。 - 前記有機溶剤が、アセトン、メタノール、エタノールおよびイソプロピルアルコールのうちのいずれか１種または２種以上の混合物である
請求項８に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記プラズマが、水素、窒素、酸素および希ガス元素のうちのいずれか１種を含む
請求項８に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記表面還元剤が、有機アルカリ系溶剤、もしくは、フッ化水素（ＨＦ）または水素（Ｈ）とフッ素（Ｆ）を含む溶剤のいずれかである
請求項８に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記リッジ部が、断面が台形の順テーパ型である
請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
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