JP4722754B2

JP4722754B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP4722754B2
Application number: JP2006111475A
Authority: JP
Inventors: 章義菅原; 修三大渕
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2026-04-14
Also published as: JP2007287811A

Description

この発明は、ドライエッチングにより形成されたリッジ形状を有する半導体レーザ装置等の半導体装置の製造方法に関する。

従来、リッジ形状部を有する半導体レーザ装置などの半導体装置において、リッジ形状部を形成する際には、半導体層上にリッジ形状部となる部分を覆うマスクを形成し、ウェットエッチングまたはドライエッチングによりエッチング処理を行う方法が一般的に用いられている。

ウェットエッチングでは、エッチングが等方的であり、エッチング中にサイドエッチングが発生する。したがって、ウェットエッチングによって形成されるリッジ形状パターン、すなわちリッジ幅は、マスクパターンと異なるものとなり、サイドエッチング量を制御するためにプロセス管理を行う必要がある。

一方、ドライエッチングでは、エッチングを異方的に制御することができるため、垂直に近いリッジ形状を得ることができる（特開２００３−２５７９３９号公報：特許文献１参照）。

したがって、ドライエッチングによって形成されるリッジ形状パターン、すなわちリッジ幅は、マスクパターンとほぼ同じパターンである。

そこで、リッジ形状部を有する半導体レーザ装置などの半導体装置においては、高出力化、低抵抗化のためリッジ形状部の幅を厳密に制御する必要があるため、ウェットエッチングを行わず、ドライエッチングのみにより、リッジ形状を形成することが望ましい。
特開２００３−２５７９３９号公報

しかしながら、ドライエッチングでは、ドライエッチング中にリッジ形状部の側壁や底面などに反応生成物が堆積する問題があった。

そして、この反応生成物がリッジ形状部の側壁や底面に堆積した場合、例えば、半導体装置が半導体レーザ装置である場合、堆積した反応生成物により、光損失が生じ、発振閾値の増大、微分効率の低下などの特性劣化が問題となる。

ここで、ドライエッチングの後に、ウェットエッチングを行うことで、リッジ形状部の側壁などに堆積した反応生成物を除去できる場合もある。しかしながら、ウェットエッチングの場合は、サイドエッチングによりリッジ形状やリッジ幅が変化してしまい、所望のレーザ特性を得ることができなくなってしまう。

そこで、この発明の課題は、リッジ形状部などを有する半導体装置を製造する際に、ドライエッチング中にリッジ形状部の側壁や底面などに堆積した反応生成物を、リッジ形状を変化させることなく、除去することで、特性が劣化することのない半導体装置の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の半導体装置の製造方法は、
基板上に半導体層を形成する半導体層形成工程と、
上記半導体層上に、リッジ形状部および溝形状部の少なくとも一方を形成するためのマスクを形成するマスク形成工程と、
上記マスクを用いたドライエッチングにより、上記半導体層上に、上記リッジ形状部および上記溝形状部の少なくとも一方を形成する非平坦部形成工程と
を有し、
上記非平坦部形成工程は、
上記ドライエッチングにより上記半導体層の被エッチング部表面に形成された反応生成物を、上記ドライエッチング後に酸化させる反応生成物酸化工程と、
酸化させた上記反応生成物を除去する反応生成物除去工程と
を有し、
上記反応生成物酸化工程では、酸素およびオゾンの少なくとも一方を含む雰囲気中で、上記反応生成物に紫外線を照射して、上記反応生成物を酸化させることを特徴としている。

この発明の半導体装置の製造方法によれば、上記非平坦部形成工程は、上記ドライエッチングにより上記半導体層の被エッチング部表面に形成された反応生成物を、上記ドライエッチング後に酸化させる反応生成物酸化工程と、酸化させた上記反応生成物を除去する反応生成物除去工程とを有するので、上記半導体層の材料と上記ドライエッチングのガス材との混合物である上記反応生成物だけを除去することは困難であるが、上記反応生成物を酸化することにより、上記反応生成物だけを除去することができる。
また、上記反応生成物酸化工程では、酸素およびオゾンの少なくとも一方を含む雰囲気中で、上記反応生成物に紫外線を照射して、上記反応生成物を酸化させるので、上記反応生成物を酸化させるだけでなく、有機物などの汚染物質を除去することができて、半導体装置を清浄に保つことができる。

したがって、リッジや溝の形状を上記ドライエッチング直後から変化させることなく、ウェットエッチングを用いずに上記ドライエッチングのみで特性劣化のない半導体装置を製造することができる。

また、一実施形態の半導体装置の製造方法では、上記反応生成物酸化工程と上記反応生成物除去工程とは、２回以上繰り返される。

この実施形態の半導体装置の製造方法によれば、上記反応生成物酸化工程と上記反応生成物除去工程とは、２回以上繰り返されるので、上記反応生成物の堆積量が多くても、上記反応生成物を完全に除去することができる。

また、一実施形態の半導体装置の製造方法では、上記反応生成物酸化工程では、上記基板の温度を、１００℃以上３００℃以下の範囲内に設定している。

この実施形態の半導体装置の製造方法によれば、上記反応生成物酸化工程では、上記基板の温度を、１００℃以上３００℃以下の範囲内に設定しているので、上記反応生成物以外の上記半導体層の酸化を防止して上記反応生成物を確実に除去できると共に、上記反応生成物を酸化する時間を短縮できる。つまり、上記基板の温度が高すぎると、上記リッジ形状部等を構成する上記半導体層を酸化して上記反応生成物を除去しにくくなる一方、上記基板の温度が低すぎると、上記反応生成物の酸化処理に時間がかかる。

また、一実施形態の半導体装置の製造方法では、上記反応生成物酸化工程では、上記基板の温度を、１５０℃以上２５０℃以下の範囲内に設定している。

この実施形態の半導体装置の製造方法によれば、上記反応生成物酸化工程では、上記基板の温度を、１５０℃以上２５０℃以下の範囲内に設定しているので、上記反応生成物を一層確実に除去できると共に、上記反応生成物の酸化時間を一層短縮できる。

また、一実施形態の半導体装置の製造方法では、上記反応生成物除去工程では、上記半導体層がエッチングされないエッチング液を用いて、上記酸化させた反応生成物を除去する。

ここで、エッチング液とは、例えば、バッファードフッ酸である。

この実施形態の半導体装置の製造方法によれば、上記反応生成物除去工程では、上記半導体層がエッチングされないエッチング液を用いて、上記酸化させた反応生成物を除去するので、上記反応生成物だけを確実に除去することができる。

また、一実施形態の半導体装置の製造方法では、上記半導体層は、上記基板上に順に形成された第１クラッド層、活性層および第２クラッド層を有する。

また、一実施形態の半導体装置の製造方法では、上記基板は、ＧａＡｓまたはＩｎＰからなる。

また、一実施形態の半導体装置の製造方法では、上記半導体層は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰおよびＩｎＧａＡｓＰの内の少なくとも一つを含む。

また、一実施形態の半導体装置の製造方法では、上記非平坦部形成工程では、上記ドライエッチング時に塩素系ガスを用いる。

この発明の半導体装置の製造方法によれば、上記非平坦部形成工程は、上記ドライエッチングにより上記半導体層の被エッチング部表面に形成された反応生成物を、上記ドライエッチング後に酸化させる反応生成物酸化工程と、酸化させた上記反応生成物を除去する反応生成物除去工程とを有するので、リッジや溝の形状を変化させることなく、特性劣化のない半導体装置を製造することができる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、この発明の半導体装置の製造方法によって製造された半導体レーザ装置の一実施形態である断面図を示している。この半導体レーザ装置は、ＧａＡｓ基板１上に、順に、ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層（下クラッド層）２、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層（活性層）３、ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層（上クラッド層）４、および、ＧａＡｓキャップ層（コンタクト層）５を形成している。上記第２クラッド層４および上記キャップ層５は、リッジ形状部（リッジストライプ形状部）を構成している。

このリッジ形状部の形成時には、ドライエッチング後処理として、ドライエッチングにより被エッチング部の表面（特にリッジ形状部の側面）に形成された反応生成物を酸化させ、その反応生成物の酸化物を除去している。これによって、レーザ特性を劣化させることなく、ドライエッチング直後の上記リッジ形状部の垂直や対称形状を維持した状態を、保つことができる。

また、半導体レーザ装置では、上記リッジ形状部の少なくとも上記第２クラッド層４の側面およびエッチング底面を覆うように、絶縁層６が設けられている。コンタクト層である上記キャップ層５の上面と上記基板１の下面とに、それぞれ、電極７、８、９を設けている。また、上記電極７，８を埋め込むように厚膜の電極層１０を設けている。この場合、上記電極７，８と上記電極層１０とは、電気的に接続されている。

次に、上記半導体レーザ装置の製造方法について説明する。

まず、図２Ａに示すように、ＧａＡｓ基板１上に、例えばＭＯＣＶＤ結晶成長装置またはＭＢＥ結晶成長装置などの結晶成長装置によって、少なくともＡｌＧａＩｎＰからなる第１クラッド層２、ＡｌＧａＩｎＰとＧａＩｎＰの多重量子井戸構造からなる活性層３、ＡｌＧａＩｎＰからなる第２クラッド層４、および、ＧａＡｓからなるキャップ層５をこの順位に順次成長させる。要するに、この工程は、上記第１クラッド層２、上記活性層３、上記第２クラッド層４および上記キャップ層５を含む半導体層を、上記基板１上に形成する半導体層形成工程である。

上記キャップ層５の上に、リッジ形状部を形成するためのエッチングマスクとして、ストライプ状パターンのＳｉＯ_２マスク１１を形成する。要するに、この工程は、上記半導体層上に、リッジ形状部を形成するための上記マスク１１を形成するマスク形成工程である。

その後、図２Ｂに示すように、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、必要なレーザ特性が得られる深さまでエッチングする。要するに、この工程は、上記マスク１１を用いたドライエッチングにより、上記半導体層上に、上記リッジ形状部を形成する非平坦部形成工程である。

このとき、ドライエッチングにより形成された上記第２クラッド層４と上記キャップ層５からなるリッジ形状部の形状をほぼ垂直に切り立つように寸法制御することができるため、リッジ幅は、上記マスク１１の幅に等しくなり、ドライエッチングによる寸法ばらつきは生じない。
上記ドライエッチング中に、特にリッジ形状部（つまり、上記第２クラッド層４および上記キャップ層５）の側壁およびこの側壁の両隣の平坦部（つまり、被エッチング部）に、反応生成物１２が付着する。なお、上記反応生成物１２は、上記平坦部にも付くが圧倒的に上記側壁に付着する。

その後、ドライエッチング後処理として、上記基板１の温度を２００℃で、酸素とオゾンをパージしながら紫外線を照射し、上記反応生成物１２を酸化させる。要するに、この工程は、上記ドライエッチングにより上記半導体層の被エッチング部表面に形成された上記反応生成物１２を、上記ドライエッチング後に酸化させる反応生成物酸化工程である。

このとき、上記基板１の温度を、１００℃以上３００℃以下の範囲内に設定することで、上記反応生成物１２以外の上記半導体層の酸化を防止して上記反応生成物１２を確実に除去できると共に、上記反応生成物１２を酸化する時間を短縮できる。これに対して、上記基板１の温度が３００℃を超える場合には、上記リッジ形状部の側壁などに堆積された上記反応生成物１２だけではなく、上記第２クラッド層４および上記キャップ層５も全体的に酸化されてしまい、酸化膜を除去することが困難になる。また、上記基板の温度が１００℃以下で処理する場合には、上記反応生成物１２を十分に酸化させるために必要な処理時間が長時間になる。

なお、上記基板１の温度を、１５０℃以上２５０℃以下の範囲内に設定することが一層好ましく、上記反応生成物１２を一層確実に除去できると共に、上記反応生成物１２の酸化時間を一層短縮できる。

また、処理時間は、１０分以上必要であるが、酸化させることのできるのは表面のごく浅い部分のみのため、６０分以上の処理は、時間に比例して効果が上がるわけではないため、生産性から考えても望ましくはない。そのため、処理時間は、１５分以上３０分以内であることがより望ましい。

その後、図２Ｃに示すように、酸化させた上記反応生成物１２および上記マスク１１をバッファードフッ酸によって除去する。要するに、この工程は、酸化させた上記反応生成物１２を除去する反応生成物除去工程である。

このとき、上記バッファードフッ酸によって、上記第２クラッド層４は、ほとんどエッチングされない。したがって、このドライエッチング後処理において、リッジ幅およびエッチング深さはドライエッチング後と等しくなり、ドライエッチング後からリッジ形状は変化しない。要するに、上記半導体層がエッチングされないエッチング液を用いて、上記反応生成物１２を除去するので、上記反応生成物１２だけを確実に除去することができる。

また、上記反応生成物１２が大量に堆積している場合、処理温度を上げたり、処理時間を延長しても、上記反応生成物１２を完全に除去し難く、上記反応生成物酸化工程と上記反応生成物除去工程とを２回以上繰り返すことで、上記反応生成物１２の堆積量が多くても、上記反応生成物１２を完全に除去することができる。

上記実施形態の半導体レーザ装置の製造方法は、上記半導体層形成工程と、上記マスク形成工程と、上記非平坦部形成工程とを有し、上記非平坦部形成工程は、上記反応生成物酸化工程と、上記反応生成物除去工程とを有するので、上記半導体層の材料と上記ドライエッチングのガス材との混合物である上記反応生成物１２だけを除去することは困難であるが、上記反応生成物１２を酸化することにより、上記反応生成物１２だけを除去することができる。

したがって、上記リッジ形状部の形状を上記ドライエッチング直後から変化させることなく、ウェットエッチングを用いずに上記ドライエッチングのみで特性劣化のない半導体装置を製造することができる。

具体的に述べると、上記ドライエッチングによって得られた、垂直性が良く対称性の良い上記リッジ形状部の形状を保持でき、上記リッジ形状部の幅のばらつきを低減でき、かつ、上記反応生成物１２による特性劣化のない半導体レーザ装置を作製することができる。

また、上記反応生成物酸化工程では、酸素およびオゾンの少なくとも一方を含む雰囲気中で、上記反応生成物１２に紫外線を照射して、上記反応生成物１２を酸化させているので、上記反応生成物１２を酸化させるだけでなく、有機物などの汚染物質を除去することができて、半導体装置を清浄に保つことができる。なお、上記反応生成物酸化工程では、酸素ガスを含むプラズマ中で、上記反応生成物１２を酸化させるようにしてもよく、上記反応生成物１２を酸化させるだけでなく、有機物などの汚染物質を除去することができて、半導体装置を清浄に保つことができる。

なお、上記半導体層は、上記基板１上に順に形成された第１クラッド層２、活性層３および第２クラッド層４を有するが、単に上記基板１上に半導体層を形成し、上記マスク１１を用いたドライエッチングにより、上記半導体層にリッジストライプ形状部を形成するようにしてもよい。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記基板１として、ＧａＡｓ基板に限らず、例えばＩｎＰ基板を用いてもよい。

また、上記実施形態では、ＧａＡｓ基板１上にＡｌＧａＩｎＰ系多層構造を設けた赤色半導体レーザ装置を一例に挙げて説明したが、上記半導体層として、例えばＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰおよびＩｎＧａＡｓＰの内の少なくとも一つを含むようにしてもよい。

また、上記半導体レーザ装置の製造方法は、上記リッジ形状部を有する半導体レーザ装置に適応させたが、リッジ形状部および溝形状部の少なくとも一方を有する半導体レーザ装置などの半導体装置にも、適用可能である。

本発明の半導体装置の製造方法によって製造された半導体レーザ装置の一実施形態を示す断面図である。本発明の半導体装置の製造方法の第１工程を示すと共に、エッチングマスクであるＳｉＯ_２マスクをパターニングした状態を示す断面図である。本発明の半導体装置の製造方法の第２工程を示すと共に、ドライエッチング後の状態を示す断面図である。本発明の半導体装置の製造方法の第３工程を示すと共に、ドライエッチング後処理を行った状態を示す断面図である。

１ＧａＡｓ基板
２ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層
３ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層
４ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層
５ＧａＡｓキャップ層
６絶縁層
７，８，９電極
１０電極層
１１ＳｉＯ_２マスク
１２反応生成物

Claims

基板上に半導体層を形成する半導体層形成工程と、
上記半導体層上に、リッジ形状部および溝形状部の少なくとも一方を形成するためのマスクを形成するマスク形成工程と、
上記マスクを用いたドライエッチングにより、上記半導体層上に、上記リッジ形状部および上記溝形状部の少なくとも一方を形成する非平坦部形成工程と
を有し、
上記非平坦部形成工程は、
上記ドライエッチングにより上記半導体層の被エッチング部表面に形成された反応生成物を、上記ドライエッチング後に酸化させる反応生成物酸化工程と、
酸化させた上記反応生成物を除去する反応生成物除去工程と
を有し、
上記反応生成物酸化工程では、酸素およびオゾンの少なくとも一方を含む雰囲気中で、上記反応生成物に紫外線を照射して、上記反応生成物を酸化させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
上記反応生成物酸化工程と上記反応生成物除去工程とは、２回以上繰り返されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
上記反応生成物酸化工程では、上記基板の温度を、１００℃以上３００℃以下の範囲内に設定していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項３に記載の半導体装置の製造方法において、
上記反応生成物酸化工程では、上記基板の温度を、１５０℃以上２５０℃以下の範囲内に設定していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
上記反応生成物除去工程では、上記半導体層がエッチングされないエッチング液を用いて、上記酸化させた反応生成物を除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
上記半導体層は、上記基板上に順に形成された第１クラッド層、活性層および第２クラッド層を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
上記基板は、ＧａＡｓまたはＩｎＰからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
上記半導体層は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰおよびＩｎＧａＡｓＰの内の少なくとも一つを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
上記非平坦部形成工程では、上記ドライエッチング時に塩素系ガスを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。