JPH04320336A - エッチング方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＰｂＳを主成分とする
化合物半導体の表面の選択エッチング方法に関するもの
である。本発明はまた、メサストライプ型レーザや活性
層埋め込み型レーザ等の半導体デバイスの作製に必要な
メサエッチング（平頂台形のメサ形状を形成するエッチ
ング）にも関係する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザデバイスに用いる半導体材
料としてＰｂＳ系半導体が近時注目されている。例えば
ＰｂＳ基板を用いてメサストライプ型レーザを作製する
ためにはＰｂＳ基板上にレーザ構造を構成するのに必要
とされる、ｎ型クラッド層、ｎ型活性層、ｐ型クラッド
層、ｐ型コンタクト層といったＰｂＳを主成分とするエ
ピタキシャル層を順次形成し、そして形成したエピタキ
シャル層をメサ状にエッチングすることが必要である。 エッチングされたメサの表面にはレーザ光の閉じ込めの
ために絶縁膜が堆積される。エッチング液としては、臭
化水素系エッチング液や重クロム酸系エッチング液が使
用されていたが、エッチング後の表面が平坦でなく、荒
れや変色が起こった。また、エッチング時にマスクが必
要であるが、密着性が良くそしてエッチング液に対して
不溶性のマスクが入手できなかった。例えば、ＳｉＯ２
　等の絶縁物マスク膜は密着性が悪く、マスクとして使
用できない。レジストは一般にアルカリ性エッチング液
に溶ける。特に、ＰｂＳ系の場合、マスク膜形成時に４
００℃以上の高温加熱ができないためにマスクの密着性
が悪くなっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】高品質のレーザダイオ
ードを形成するためには、目的とするメサ形状が高い精
度で形成され、そしてレーザ発振を容易とし、信頼性が
高く、高出力化を可能ならしめるにはメサ構造にレーザ
光を閉じ込めるべく絶縁膜が剥離せず、メサエッチング
表面に密着していることが必要である。従来のエッチン
グ方法では、エッチング後の表面が平坦でなく、荒れや
変色が起こり、その上に堆積する絶縁膜との密着性が悪
く、またマスクの剥れや溶解が起こるため、エッチング
選択性も良好でなかった。従って、高品質のレーザダイ
オードを形成するためには、目的とするメサ形状が高い
精度で選択エッチングされ、エッチング後の表面が荒れ
や変色のない平坦なものとなるエッチング技術の開発が
必要である。

【０００４】本発明の課題は、ＰｂＳを主成分とする化
合物半導体を対象として、精度の良い選択エッチングが
可能でありそしてエッチング後に荒れや変色のない平坦
な鏡面を創出できる、マスク材質及びエッチング液の適
合性を考慮したエッチング方法を開発することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題に向けて検討を
重ねた結果、過酸化水素、Ｐｂと錯体を形成する錯化剤
及びアルカリ水酸化物を含むアルカリ性エッチング液と
、金属マスク層との併用が最適との結論に至った。この
知見に基づいて、本発明は、（ａ）　ＰｂＳを主成分と
する化合物半導体の表面の所定領域を金属層で覆う段階
と、（ｂ）　該化合物半導体の金属層で覆われていない
表面部分を過酸化水素、Ｐｂと錯体を形成する錯化剤及
びアルカリ水酸化物を含むアルカリ性エッチング液によ
り選択的にエッチングする段階とを包含するエッチング
方法を提供する。

【０００６】

【作用】エッチング液として荒れや変色のない平坦な鏡
面を形成することの出来るアルカリ性のエッチング液を
用い、それに対してマスクとして安定した密着性の良い
金属膜を用いることにより高品質の選択エッチングを可
能ならしめ、例えば高品質のレーザダイオードの形成に
必要なメサエッチングを可能ならしめる。

【０００７】

【実施例】ダブルヘテロ構造のメサストライプ型レーザ
ダイオードの作製を例にとって本発明を説明する。但し
、本発明は、活性層埋め込み型レーザの作製等メサエッ
チングを必要とする他の種用途を含め、ＰｂＳを主成分
とする化合物半導体の表面の選択エッチングを必要とす
る分野に広く応用することが出来る。

【０００８】図１を参照すると、ｎ型ＰｂＳ基板１上に
、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル法）やＬＰＥ法（液
相エピタキシャル法）を用いて順次ＰｂＳを主成分とす
る化合物半導体エピタキシャル層が形成される。ＰｂＳ
ウエハーとしては、（１００）　面を主面とするものを
用いることが好ましい。ｎ型ＰｂＳ基板１上に最初ｎ型
ＰｂＳバッファ層２を形成した後、クラッド層３、例え
ば４元のｎ型ＰｂＣｄＳＳｅ層が形成される。その後、
レーザ発振源としてのｎ型ＰｂＳ活性層４が形成される
。 ｎ型ＰｂＳ活性層４の上には、クラッド層、例えば４元
のｐ型ＰｂＣｄＳＳｅ層５が形成される。ｎ型ＰｂＳ活
性層４を挟む上下のクラッド層はｎ型ＰｂＳ活性層４よ
り屈折率が高くレーザを垂直方向に閉じ込める役目を為
す。最後に、ｐ型ＰｂＳコンタクト層６が形成される。 これらエピタキシャル層の形成は、斯界で知られる態様
で、例えばＭＢＥ法の場合Ｐｂ、Ｓ、Ｃｄ、Ｓｅ及びド
ーパントとしてのＴｌのビームフラックス条件を調整し
ながら各層を０．３〜２．０μｍ成長せしめることによ
り行なわれる。

【０００９】図２を参照すると、ｐ型ＰｂＳコンタクト
層６表面上のメサ形成のための所定領域が金属層７で覆
われる。金属層としては、ＰｂＳを主成分とする化合物
半導体層と密着性がありかつエッチング液でエッチング
されない金属であれば任意の金属が使用可能であり、例
えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ等の貴金属やＴｉ、Ａｌ等及び
その合金が使用される。この金属層はエッチング用のマ
スクとＰ型オーミック電極を兼ねるものである。金属層
の密着性をよくするために、窒素のような不活性雰囲気
中で１００〜２００℃の化合物半導体層に悪影響を与え
ない比較的低温で２０分から２時間熱処理することが好
ましい。

【００１０】こうしてマスクされたエピタキシャル層の
金属層で覆われていない表面部分がエッチングされる。 エッチング液は、過酸化水素、Ｐｂと錯体を形成する錯
化剤及びアルカリ水酸化物を含むアルカリ性エッチング
液である。

【００１１】錯化剤としては、シュウ酸、マロン酸、コ
ハク酸等のジカルボン酸、マレイン酸のような脂肪族不
飽和ジカルボン酸、フタル酸のような芳香族ジカルボン
酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸のようなオキシカルボ
ン酸、酢酸等のアルカリ金属塩が挙げられる。要するに
錯化剤は、鉛と錯体を形成することが肝要である。特に
好ましい錯化剤は、酒石酸アルカリ金属塩およびクエン
酸アルカリ金属塩である。

【００１２】アルカリ水酸化物としては、リチウム、ナ
トリウム、カリウム、ルビジウムの水酸化物が使用され
る。通常的には、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムが
用いられる。

【００１３】エッチング条件は次の通りである。 〔液組成〕 過酸化水素：０．４〜３．５　　ｍｏｌ／ｌ（リットル
）Ｐｂと錯体を形成する錯化剤：０．０１〜０．０４　
　ｍｏｌ／ｌ アルカリ水酸化物：０．３〜０．９　　ｍｏｌ／ｌ〔温
度〕２０〜８０℃ 〔浸漬時間〕２〜１０分 エッチングは撹拌を行ないながら実施することが推奨さ
れる。エッチング速度は３００〜７００ｎｍ／分である
。

【００１４】好ましいエッチング条件としては、〔液組
成〕 ２０〜７０　ｍｌ水：３〜８　ｍｌ過酸化水素：１．５
〜２．５ｇ水酸化カリウム：０．５〜１．５ｇ酒石酸カ
リウム 〔温度〕６０℃±１５℃ 〔浸漬時間〕３〜６分 の採用が推奨される。

【００１５】こうして高さ１．５〜３μｍのメサが形成
され、そのエッチング後周囲表面は鏡面である。形成さ
れたメサを図３に示す。

【００１６】最後に、図４に示すように、ＭｇＦ２　の
ような絶縁膜が周囲方向でのレーザ閉じ込めのためにエ
ッチングした表面に１００〜３００ｎｍの厚さで堆積さ
れる。エッチング後の表面が従来と異なり荒れや変色の
ない平坦な鏡面であるために絶縁膜の密着性が良好で剥
離が生じない。こうして、高品質のレーザダイオードが
作製される。

【００１７】〔実施例１〕ＰｂＳ基板上にＰｄＣｄＳＳ
ｅをクラッド層に用いたダブルヘテロ（ＤＨ）構造のメ
サストライプ型レーザを作製した。次の手順でエピタキ
シャル層を順次形成した： （１）　ｎ型ＰｂＳ基板上にＭＢＥ法を用いて基板温度
３３０℃においてＰｂのビームフラックス６×１０−７
ｔｏｒｒそしてＳのビームフラックス５×１０−６ｔｏ
ｒｒの条件でｎ型ＰｂＳバッファ層を１．５μｍの厚さ
に形成した。 （２）　Ｐｂ及びＳのビームフラックスはそのままの条
件とし、Ｃｄのビームフラックス３．５×１０−８ｔｏ
ｒｒそしてＳｅのビームフラックス６×１０−７ｔｏｒ
ｒの条件で４元のｎ型Ｐｂ０．９３Ｃｄ０．０７Ｓ０．
８５Ｓｅ０．１５クラッド層を１μｍの厚さに成長せし
めた。 （３）　次に、Ｐｂ及びＳのビームフラックスのみを用
いて同条件でｎ型ＰｂＳ活性層を０．５μｍの厚さに形
成した。 （４）　（２）　の条件に加えてドーピング用のＴｌの
ビームフラックスを用いて、ｐ型ＰｄＣｄＳＳｅクラッ
ド層を１μｍの厚さに成長せしめた。 （５）　上と同様に、Ｔｌをドーピングしながらｐ型Ｐ
ｂＳコンタクト層を０．５μｍの厚さに成長せしめた。

【００１８】次いで、コンタクト層上にＡｕを２００ｎ
ｍの厚さに蒸着してエッチング用マスクを形成した。こ
のマスクはｐ型オーミック電極をも兼ねるものである。 マスクの寸法は長さ３００μｍ×幅１０μｍとした。そ
の後、窒素雰囲気中で２００℃において１時間熱処理し
た。

【００１９】メサを形成するべくエッチングを行った。 エッチング液としてＫＯＨ（２ｇ）＋酒石酸カリウムＫ
２Ｃ４Ｈ４Ｏ６（１ｇ）＋Ｈ２　Ｏ２　（５ｍｌ）＋Ｈ
２　Ｏ（５０ｍｌ）の混合液を使用して５０℃の温度に
おいて４分浸漬することによりメサエッチングを行った
。エッチング速度は５００ｎｍ／分であった。エッチン
グ後の表面は鏡面であった。マスクはコンタクト層に密
着し、目的とするメサ形状がエッチングできた。

【００２０】最後に、エッチングした表面に絶縁膜とし
てＭｇＦ２　を２００ｎｍ堆積せしめた。エッチング後
の表面性状が良好なのでＭｇＦ２絶縁膜は剥離しなかっ
た。

【００２１】〔実施例２〕マスクとして、Ｔｉ／Ａｕ蒸
着膜を使用し、窒素雰囲気中で２００℃×１時間熱処理
したものもエッチング液中で１０分経過しても剥離しな
かった。

【００２２】〔比較例〕マスクとして、通常のフォトレ
ジストはエッチング液が強アルカリ性であるため使用で
きないので、ピセイン樹脂膜、スパッタリングＳｉＯ２
　膜を使用して、エッチング液に浸漬したところ、簡単
に剥離または反応が起こり、マスクとして不適当であっ
た。

【００２３】

【発明の効果】エッチング液として過酸化水素、Ｐｂと
錯体を形成する錯化剤及びアルカリ水酸化物を含むアル
カリ性のエッチング液を用い、エッチング後に荒れや変
色のない平坦な鏡面を形成することができ、このエッチ
ング液に対してマスクとして安定した密着性の良い金属
膜を用いることにより高品質の選択エッチングを可能な
らしめ、例えば高品質のレーザダイオードの形成に必要
なメサエッチングを可能ならしめる。マスクとしての金
属膜はオーミック電極を兼用させることができ、オーミ
ック接触部の半導体層表面をメサエッチング以降のプロ
セスで汚損することがないと同時に、プロセスを簡略化
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ｎ型ＰｂＳ基板上にダブルヘテロ構造のＰｂＳ
を主成分とする化合物半導体エピタキシャル層を形成し
た状態の断面図である。

【図２】図１の上面に金属層マスクを更に形成した断面
図である。

【図３】エッチングによりメサを形成した状態の断面図
である。

【図４】エッチングされた表面に絶縁層を堆積した状態
の断面図である。

【符号の説明】

１　　ｎ型ＰｂＳ基板 ２　　ｎ型ＰｂＳバッファ層 ３　　クラッド層（ｎ型ＰｂＣｄＳＳｅ層）４　　ｎ型
ＰｂＳ活性層 ５　　クラッド層（ｐ型ＰｂＣｄＳＳｅ層）６　　ｐ型
ＰｂＳコンタクト層 ７　　金属層 ８　　絶縁膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　（ａ）　ＰｂＳを主成分とする化合物
   半導体の表面の所定領域を金属層で覆う段階と、（ｂ）
   　該化合物半導体の金属層で覆われていない表面部分を
   過酸化水素、Ｐｂと錯体を形成する錯化剤及びアルカリ
   水酸化物を含むアルカリ性エッチング液により選択的に
   エッチングする段階とを包含するエッチング方法。