JPH04133315A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 メサを有する半導体基板表面に該メサを埋め込む半導体
層を気相成長させる方法に関し。

該メサの近傍における該半導体層の成長を促進すること
によって該メサの側面を該半導体層によって完全に覆う
ことを可能にし、少なくとも該メサの近傍において該メ
サから離れるにしたかって低下する表面を有する該半導
体層によって該メサを埋め込んだ構造を形成可能とする
ことを究極的な目的とし。

半導体装置の製造方法を。

■半導体層の成長を阻止するマスクに覆われた頂部を有
するメサか設けられた半導体基板の表面に６００°Ｃ以
下の成長温度での有機金属気相成長法によって該メサを
埋め込む半導体層を選択的に成長させる工程を含むか、
または。

■半導体基板の一表面に画定された所定領域を絶縁層か
ら成るマスクによって覆い、該マスクから表出する該半
導体基板表面および該マスクの端縁直下の領域の該半導
体基板を選択的にエツチングして前記表面に対して段差
を有する第２の表面を形成し、該マスク端縁を該段差の
境界に近づくように後退させたのち該第２の表面に有機
金属気相成長法によって半導体層を選択的に成長させる
諸工程を含むか、あるいは。

■■族元素とＶ族元素とから成る化合物半導体基板に表
出する面指数か（１００）である第１の表面において所
定方位に延在する絶縁層から成るマスクを形成し、該マ
スクから表出する該半導体基板表面を選択的にエツチン
グして面指数が（１１１）Ａである側面を表出するメサ
を形成するとともに該第１の表面に対して段差を有する
面指数が（１００）である第２の表面を表出させ、該メ
サ側面を埋め込む半導体層を有機金属気相成長法によっ
て該第２の表面に選択的に成長させる諸工程を含むかの
いずれかのように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、メサが設けられた半導体基板（形状基板）の
表面に該メサ等を埋め込む半導体層を選択的に気相成長
させる方法に関する。

〔従来の技術〕

■−■族化合物半導体から成る半導体素子が実用化され
ているが、その製造方法について見ると。

有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａ
ｎｉｃ　ＶａｐｏｒＰｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法に
よって形状基板上に半導体層をエピタキシャル成長させ
る方法には未だ解決すべき問題がある。

すなわち、ＭＯＶＰＥ法は、大面積のウェハ（半導体基
板）に、しかも、複数のウェハに同時に半導体層をエピ
タキシャル成長させることができる点で液相成長（ＬＰ
Ｅ）法に比べて量産性にすぐれてはいるものの、成長し
た半導体層の形状に問題があるためである。具体的には
、メサ形成時に、側面に（ＩＩＩ）Ｂ面等が表出し、埋
め込み層の成長が異方的になりやすいために、任意の成
長形状を得のが困難なことである。

また、現在のところ気相成長法のみによって成長可能な
ＡｌＧａｌｎＰ層から成るＡｌＧａ１ｎＰ　／Ｇａ１ｎ
Ｐ系のレーザ素子について見ても、上記の理由により。

フラットな活性層を有する構造のもののみが連続発振に
成功しているのみである。

活性層がフラットでない、すなわち、メサ上からその両
側に低下するように湾曲した構造のレーザ素子は、屈折
率導波路の形成に光吸収を利用する必要がないため、高
効率で低非点収差の素子が得られる可能性がある。また
、緩やかに湾曲した活性層を用いると、活性層の幅を大
きくした。いわゆるワイドストライプ構造としても、横
モードか安定化されたシングルモード発振が可能であり
。

かつ、高出力のレーザ素子を実現できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような緩やかに湾曲した活性層を形成する基板と
して、　（１００）面を表出するＧａＡｓ基板を異方性
エツチングして、側面に（１１１）Ｂ面を表出するメサ
を形成し、このメサを埋め込み、かつ、メサから離れる
にしたがって表面が低くなる埋め込み層を形成した基板
（形状基板と呼ぶ）を用いて成る半導体レーザとその製
造方法が本発明者らによって提案されている。（特願平
２−１５９９９７．平成２年６月２０日付出願） 上記形状基板の作製においては、メサ形成のための異方
性エツチングにおいて用いたＳｉＯ□から成るマスクを
、埋め込み層形成のための選択成長におけるマスクとし
ても用いる。このＳｉＯ□マスクは。

スパッタリング法により堆積されたＳｉＯ□層を緩衝弗
酸（Ｂｕｆｆｅｒｅｄ　ＨＦ）によってパターンニング
したものである。例えば高さが２μｍであり、側面に（
１１１）Ｂ面を表出する　メサを形成した場合、　Ｓｉ
Ｏ□マスクの端縁から約１．６μｍ程度のＧａＡｓがサ
イドエツチングされ、　ＳｉＯ□マスクの庇が生じる。

この状態で埋め込み層を選択成長させたとき。

埋め込み層の厚さがメサの高さ近づくと、　５ｉｎ２マ
スク下部における成長速度が低くなり、埋め込み層の表
面に凹所が生じる。このために、埋め込み層の選択成長
に先立って、　ＳｉＯ□マスクの庇のみを選択的に除去
することによって、前記凹所の生成を防止する方法が開
示されている。

本発明は、一般に、上記のようなマスクを用いる選択成
長において、メサの頂部近傍における側面に埋め込み層
が成長し難い問題を解決し、とくに９選択成長マスクの
庇を除去する以外に、上記凹所の深さを低減可能とする
方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、半導体層の成長を阻止するマスクに覆われ
た頂部を存する段差が設けられた半導体基板の表面に、
該段差を埋め込む半導体層を、６００℃以下の成長温度
での有機金属気相成長法によって選択的に成長させるこ
とを特徴とするか、または、半導体基板の一表面に画定
された所定領域を絶縁層から成るマスクによって覆う工
程と、該マスクから表出する該半導体基板表面および該
マスクの端縁の直下の領域における該半導体基板を選択
的にエツチングして前記表面に対して段差を有する第２
の表面を形成する工程と、前記マスクの該端縁を該段差
の境界に近づくように後退させたのち該第２の表面に有
機金属気相成長法によって半導体層を選択的に成長させ
る工程とを含むことを特徴とするか、あるいは、■族元
素とＶ族元素とから成る化合物半導体基板に表出する面
指数が（１００）である第１の表面において所定方位に
延在する絶縁層から成るマスクを形成する工程と、該マ
スクから表出する該半導体基板表面を選択的にエツチン
グして面指数が（１１１）Ａである側面を表出する段差
を形成して、該第１の表面に対して低位に位置する面指
数が（１００）である第２の表面を表出する工程と、該
段差側面を埋め込む半導体層を。

有機金属気相成長法によって、該第２の表面に選択的に
成長させる工程とを含むことを特徴とするかのいずれか
の本発明に係る半導体装置の製造方法によって達成され
る。

〔作　用〕

第５図は、側面に（１１１）Ｂ面が表出し、頂上部分を
１例えばＳｉＯ□から成るマスク２によって覆われたメ
サ１１を有する■−ｖ族化合物半導体基板ｌに。

埋め込み層３を選択成長させた場合の要部断面図である
。マスク２はメサ１１の側方に張り出した庇２１を有す
る。また、埋め込み層３には、凹所３１が生じており、
これにより、メサ１１の頂部近傍における側面には、埋
め込み層３か成長していない状態が示されている。

本発明者らは、　ＳｉＯ□等のマスクを用いる選択成長
において、メサの頂部近傍における側面に埋め込み層が
成長し難い理由は、メサ側面に析出した原子がマイグレ
ーションによりメサから離れた平坦部分に移動しやすい
こと、とくに、　（１１１）Ｂ面ではマイグレーション
長が大きいこと、および、埋め込み層の成長が進むとと
もに、マスク下部の空間が狭くなり、メサ側面に対する
原料ガスの供給速度が低下することによるものであるこ
とを突き止めた。したがって。

■マイグレーション長を小さくするために、成長温度を
６００℃以下に抑える。

■メサの側面に（１１１）Ａ面を表出させる。

■マスクの庇部分を短くする ことによって、メサ頂部近傍における埋め込み層の未成
長部分深さを低減する。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、マスク２により頂部表面を覆われたメサ１１
を有するＧａＡｓから成る半導体基板ｌ上に埋め込み層
３を選択成長させるときの成長温度（横軸）とメサ１１
側面における埋め込み層３の未成長深さｄ（縦軸）の関
係を示すグラフである。深さｄは、メサ１１の頂部を基
準として示す。

マスク２は２例えばＧａＡｓから成る半導体基板１の（
１００）面に、スパッタリング法により約２０００人の
厚さの５ｉＯｚ層を堆積し、゛これを＜１１０　＞方向
または〈崎０〉方向（いずれも紙面に垂直）に延在する
ストライブ状にパターンニングして形成されたものであ
る。そして、マスク２から表出する半導体基板１を９例
えば硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）の混
合水溶液を用いてエツチングし、高さ約２μｍの順メサ
１１を形成する。周知のように。

マスク２の延−在方向が＜１１０＞の場合にはメサ１１
の側面に（１１１）Ｂ面が、また、マスク２の延在方向
が〈崎０〉方向の場合にはメサ１１の側面に（１１１）
Ａ面が表出する。

上記のようにマスク２によって覆われたメサ１１を有す
る半導体基板１表面に９例えばＧａＡｓから成る埋め込
み層３を選択成長させる。メサ１１の側面に（１１１）
Ｂ面が表出している場合には、成長温度か約６３０°Ｃ
において、未成長深さｄか最大となり。

これより高温側では未成長深さｄか漸減し、ある飽和値
に近づく。しかし、成長温度か６００°Ｃ以下では未成
長深さｄはほとんど０となり、メサ１１の側面は埋め込
み層３によって完全に覆われることが分かる。上記選択
成長温度は、５００℃にわたっていることが示されてい
るが９通常の選択成長からみて、３５０℃程度でもこの
状態が達成されるものと推定される。

一方、メサ１１の側面に（１１１）Ａ面が表出している
場合には、成長温度が５００〜８００°Ｃの範囲で、未
成長深さｄがほとんど０となることが分かる。これは、
前述のように、（１１１）Ｂ面における原子のマイグレ
ーション長が大きく、結晶成長がほとんど行われず、メ
サｉｔ側面の成長は、半導体基板１表面の（１００）面
における成長か這い上がることによって生じるのに対し
て、　（１１１）Ａ面におけるマイグレーション長は比
較的小さ（、結晶か成長しやすいためである。

第２図は、上記成長温度か５７７°Ｃの場合の埋め込み
層３を示す要部断面である。メサＩＩの側面は。

埋め込み層３によって完全に覆われている。メサ１１の
近傍における埋め込み層３表面には凹所３１か存在する
が、これは、前記のような湾曲した活性層を有する半導
体レーザを製造するための形状基板として使用する上で
は差支えない。なお、上記以外の成長条件は、■族元素
とＶ族元素の原料ガスの流量比が１　：　１００．成長
速度が６μｍ　／ｍｉｎである。

第３図は、エツチングによりマスク２の庇２１を後退さ
せたのち、　ＧａＡｓを選択成長をさせて成る埋め込み
層３の形状を示す要部断面図である。通常メサ１１の高
さを１μｍとすると、庇２１の張出長さは約１μｍとな
る。これを、約０．２μｍに後退させた。この場合の成
長温度は６９０℃である。その他の成長条件は、第２図
の場合と同様である。メサ１１の側面は埋め込み層３に
よって完全に覆われており、また、埋め込み層３はメサ
１１から離れるにしたかって表面か単調に低下する形状
を存する。

なお、庇２■の後退は９例えば５ｉｎ２から成るマスク
２を緩衝弗酸（Ｂｆ（Ｆ）によりエツチングする。庇２
１部分では１両面からエツチングされるために、速かに
エツチングされて消失するか、メサＩＩ頂部には９選択
成長に必要な厚さのマスク２が残る。

第４図は、側面に（Ｉｌｌ）Ａ面が表出す・る順メサ１
１を有する半導体基板１上に、　ＧａＡｓを選択成長さ
せて成る埋め込み層３の形状を示す要部断面図である。

この場合の成長温度は、６９０℃である。その他の成長
条件は、第２図の場合と同様である。メサＩＩの近傍に
おいて、埋め込み層３表面には可なり深い凹所３Ｉが生
じているか、メサ１１の側面は埋め込み層３によって完
全に覆われている。この基板も、前記湾曲した活性層を
有する半導体レーザを製造するための形状基板として使
用可能である。

なお、上記各実施例においては、メサが設けられたＧａ
Ａｓ基板に、　ＧａＡｓから成る埋め込み層を選択成長
させる場合を例示したか、その他の■−ｖ族化合物半導
体から成る基板および埋め込み層の組合せに対しても２
本発明は適用可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、頂上面を８１０２等から成るマスクに
よって覆われ、側面に（１１１）Ａまたは（１１１）Ｂ
面を表出する高さ１ないし２μｍのメサを有する■−Ｖ
族化合物半導体基板に、該メサの側面を完全に覆う埋め
込み層を形成可能となる。このような基板（形状基板）
は、高出力かつ単一モード発振を可能とする湾曲した活
性層を有する半導体レーザを製造するための基板として
用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２選択成長マスクによって頂部表面を覆われた
メサが設けられた半導体基板上に埋め込み層を選択成長
させたときの成長温度とメサ側面における未成長部分の
深（ｄ）さとの関係を示すグラフ。 第２図は、６００°Ｃ以下の温度で選択成長した埋め込
み層の形状を示す要部断面図。 第３図は、メサ頂部を覆うマスクの庇を後退させて選択
成長を行ったときの埋め込み層の形状を示す要部断面図
。 第４図は、側面に（１１１）Ａ面を表出するメサが設け
られた半導体基板上に選択成長した埋め込み層の形状を
示す要部断面図。 第５図は１選択成長マスクによって覆われたメサの頂部
近傍において埋め込み層が成長し難いことを説明するた
めの要部断面図 である。 図において。 １は半導体基板、　　２はマスク。 ３は埋め込み層、１１はメサ。 ２１は庇、３１は凹所 ６００’（Ｊ夫子の１度で選択爪長しヒエ里めΔみ眉の
形１に第　　２　　図 爪＆；ｘｉ ？ 図 きイ〒７たときの理め■みＪｉＯ士技 第　　３　　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体層の成長を阻止するマスクに覆われた頂部
   を有する段差が設けられた半導体基板の表面に６００℃
   以下の成長温度での有機金属気相成長法によって半導体
   層を選択的に成長させて該段差の前記マスクによって覆
   われない領域を埋め込む工程を含むことを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
2. （２）半導体基板の一表面に画定された所定領域を絶縁
   層から成るマスクによって覆う工程と、 該マスクから表出する該半導体基板表面および該マスク
   の端縁の直下の領域における該半導体基板を選択的にエ
   ッチングして前記表面に対して段差を有する第２の表面
   を形成する工程と、 前記マスクの端縁を該段差の境界に近づくように後退さ
   せたのち該第２の表面に有機金属気相成長法によって半
   導体層を選択的に成長させる工程とを含むことを特徴と
   する半導体装置の製造方法。
3. （３）III族元素とＶ族元素とから成る化合物半導体基
   板に表出する面指数が（１００）である第１の表面にお
   いて所定方位に延在する絶縁層から成るマスクを形成す
   る工程と、該マスクから表出する該半導体基板表面を選
   択的にエッチングして面指数が（１１１）Ａである側面
   を表出する段差を形成して該第１の表面に対して低位に
   位置する面指数が（１００）である第２の表面を表出す
   る工程と、 該段差側面を埋め込む半導体層を有機金属気相成長法に
   よって該第２の表面に選択的に成長させる工程 とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。