JPH07263747A - 半導体デバイスの作製方法 - Google Patents

半導体デバイスの作製方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複雑な再成長や精密な処理を伴わずに所望の
屈折率段差が得られ、平面構造をなす半導体発光デバイ
スを製造する。 【構成】 基板上にＩｎ及びＰを含む族から選択される
元素を含む酸化防止III−Ｖ族半導体材料からなる第１
の層を形成する工程と、前記第１の層の上にＡｌ含有II
I −Ｖ族半導体材料からなる第２の層を形成する工程
と、接触層から前記第１の層への電気的接続を形成する
工程とから構成されるとともに、更に酸化条件下にある
前記第２の層の少なくとも１つの選択領域を酸化し、か
つ酸化物が前記第１と第２の層の界面まで延びるように
形成する副工程と、前記第２の層の非酸化領域を残して
前記接触層からの電気的接続を行なう副工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ダイオードやレ
ーザ・ダイオード等の半導体デバイスの製作方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】半導体
レーザ・ダイオードは、光波通信のような多種多様な分
野において重要な役割を果たす。半導体レーザは、光波
機器、すなわち、光ファイバ通信システムをテストして
特性を明らかにすると共に、光ファイバ・システムの信
号発生機器としても利用することが可能である。発光ダ
イオードも、利用される分野が拡大されている。
【０００３】さまざまな発光ダイオード及びレーザ構造
が存在する。共通した目的の１つは、質の高い光導波管
をもたらすほぼ平面のデバイスを提供することである。
もう１つの目的は、デバイスの導波管を形成する領域内
にかなりの程度の電流閉込めを可能にすることである。
さらに、特定の波長の発光を行えることが、多くの用途
において重要となる。
【０００４】発光半導体デバイスの既知の設計の１つ
は、Ｖ溝クレセント・レーザと呼ばれる。この構造の適
正な製作は、液相エピタキシー（ＬＰＥ）に固有の特徴
によって決まる。Ｖ溝クレセント・レーザは成功を納め
たが、気相成長技法による製作には適合しない。
【０００５】もう１つのタイプの半導体発光デバイス
は、Ｖ溝クレセント・レーザよりも製作の融通性に富ん
だリッジ導波管レーザである。平面エピタキシャル層
は、ＬＰＥ、気相エピタキシー（ＶＰＥ）、または、金
属有機物化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）によって良好に成長さ
せることが可能である。次に、これらの層にエッチング
を施してリッジを形成し、その後標準的な誘電被着、フ
ォトリソグラフィ、及びメタライゼーション技法を用い
てデバイスの残りが形成される。リッジ導波管レーザの
臨界範囲は、リッジの幅並びに活性領域と活性領域の上
方の酸化物層との離間距離である。デバイス製作技法は
あまり変更せずに、活性領域はバルク型または量子ウェ
ル型とすることが可能である。しかし、該構造は本質的
に非平面であり、従って、難しい処理問題を生じること
になる。
【０００６】第３の既知構造は、埋め込みヘテロ構造
（ＢＨ）レーザと呼ばれる。このレーザは、従来の成長
処理を利用してプレーナ式に下部クラッディング層、活
性層及び上部クラッディング層を順次成長させることに
よって形成される。次に、マスキング及びエッチング技
法を利用してメサ・ストライプが形成される。次に、エ
ピタキシャル再成長によって、ＩｎＰ：ＦｅまたはＩｎ
Ｐ ｐ−ｎ−ｐ電流ブロック層が形成される。再成長が
済むと、接点金属が付加される。この構造は、実験室環
境ではうまく製作されたが、市販はされていない。とり
わけ、該構造に量子ウェルが含まれている場合、第２の
（過成長）結晶成長段階における活性領域の質の維持が
問題となる。該構造の主たる利点は、半絶縁ＩｎＰ：Ｆ
ｅ層によって、高周波用途に有利な低キャパシタンス接
点の形成が可能になる。さらに、ＢＨレーザによって、
リッジ導波管レーザよりも屈折率に左右されやすい構造
が得られる。高周波操作が特定の用途にとって臨界的な
ものであれば、追加プロセスのコスト、複雑さ及び歩留
まりの損失は許容可能である。
【０００７】もう１つの半導体発光構造については、１
９９１年９月３０日発行の、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ第５９巻１７５５〜１７５７ペ
ージにおける、Ｋｉｓｈ等による「Ｐｌａｎａｒ Ｎａ
ｔｉｖｅ−Ｏｘｉｄｅ Ｉｎｄｅｘ−Ｇｕｉｄｅｄ Ａ
ｌx Ｇａ1-x Ａｓ−ＧａＡｓ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌ
ｌ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｌａｓｅｒｓ」
に記載がある。領域の中央に非ドープ量子ウェルを成長
させてなる非ドープＡｌＧａＡｓの導波管領域が、逆の
ドーピングを施されたＡｌＧａＡｓのクラッディング層
の間に挟みこまれている。次に、多量にドープしたキャ
ップ層を成長させる。キャップ層に窒化珪素を被着さ
せ、パターン形成を施すことによって、キャップ層に対
する化学エッチングのためのマスクの働きをするストラ
イプが形成される。エッチングによって、上部閉込め層
が部分的に露出する。露出部分は湿式酸化工程にさらさ
れ、上部閉込め層の厚さのほぼ全体にわたって自然酸化
物に変化する。従って、上部クラッディング層は、導波
管領域との界面、並びにＧａＡｓキャップ層の下が酸化
されない状態を保つことになる。ＧａＡｓの下でアンダ
ーカットが生じるが、酸化を防止するためのマスクとし
て窒化珪素及びキャップ層を利用することにより、非酸
化リッジが形成される。次いで、窒化珪素が除去され
る。
【０００８】Ｋｉｓｈ等の論文に記載の構造によれば、
自然酸化物と上部クラッディング層との間における屈折
率段差がリッジ導波管レーザと同様に機能するので、必
要な導波管が得られることになる。臨界的な範囲は、リ
ッジの幅（即ち、自然酸化物に埋め込まれた活性ストラ
イプの幅）及び上方クラッディング層のうち、上部クラ
ッディング層と導波管領域との界面全体に沿って酸化さ
れずに残存した部分の厚さである。このため、上部クラ
ッディング層の成長の厚さを選択する融通性が制限され
る。さらに、該構造は、潜在的に生産環境において製造
の歩留まりが低くなりやすい。湿式酸化は、必要とされ
る酸化によるアンダーカット及び酸化の浸透を可能なら
しめるのに十分な時間にわたって実施しなければならな
いが、酸化が上部クラッディング層と活性領域の界面に
対して有害となるほど接近しないうちに終了させなけれ
ばならない。
【０００９】現在のＩｎＰベースのクラッディング層を
備えたＩｎＧａＡｓレーザ構造は、１．３〜１．５５μ
ｍの長波長範囲で動作するようになっている。ＩｎＰ上
部クラッディング層は、酸化がアルミニウムの含有量が
十分に多いクラッディング層の存在によって左右される
ので、Ｋｉｓｈ等による解説のように酸化させることは
できない。
【００１０】本発明の目的は、複雑な再成長または精密
な処理を伴わずに、所望の屈折率段差が得られ、平面構
造をなす半導体発光デバイスを製造するための広く適用
し得る方法を提供することにある。本発明のより一般的
な目的は、酸化パラメータに再現性のある半導体デバイ
スの製作方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的は、基
板を設ける工程と、周期表においてインジウム及びリン
を含む族から選択される元素を含む酸化防止III −Ｖ族
半導体材料からなる第１の層を形成する工程と、前記第
１の層の上にアルミニウムを含有するIII −Ｖ族半導体
材料からなる第２の層を形成して前記第１と第２の層の
界面を形成する工程と、接触層から前記第１の層への電
気的接続を形成する工程とから構成されるとともに、こ
れらの工程に、酸化条件下にある前記第２の層の少なく
とも１つの選択領域を酸化し、かつそれによる酸化物が
前記第１と第２の層の前記界面まで延びるように形成す
る副工程と、更に、前記第２の層の非酸化領域を残し、
かつ前記接触層からの電気的接続を前記非酸化領域を介
して行う副工程とを含むことを特徴とする半導体デバイ
スの製作方法により達成される。
【００１２】本発明によれば、第１の半導体層が第１の
層の酸化を防止するために選択された元素を含むように
形成され、第２の酸化可能な半導体層が前記第１の層の
上に形成され、その後、前記第２の層の選択領域がこれ
ら２つの層の界面まで酸化を受ける。そして、第２の層
の非酸化領域を利用することによって、上部接触層から
第１の層への電気経路が形成される。トップ・ダウン式
酸化手法の代替案として、酸化防止のために選択された
元素を有する半導体層の間に酸化可能な層を挟み、その
後で酸化可能な層を側方酸化させる手法も可能である。
いずれの手法を利用するにせよ、トランジスタ、発光ダ
イオード及びレーザといった半導体デバイスが形成され
る。
【００１３】第１の実施例の場合、本発明によれば、半
導体発光ダイオードまたはレーザの活性領域の上に積層
クラッディング構造を形成することによって、所望の光
学特性を備えた半導体発光デバイスが得られる。積層の
下部薄膜は、光学的経路及び電流経路の形成に関して、
また酸化の防止に関して、所望の特性を備える半導体材
料から選択される。この下部薄膜は、インジウム及びリ
ンの少なくとも一方の元素を有することが望ましい。こ
れらの元素は、それぞれ酸化を防止し、ＩｎＰクラッデ
ィング層として組み合わせられると、１．３〜１．５５
μｍの長波長範囲の発光動作に役立つ。積層の上部薄膜
は、非酸化状態において、導電性並びに酸化容易性に関
して、所望の特性を備えた半導体材料から選択される。
アルミニウムを含有するIII −Ｖ族半導体材料が望まし
い。上部半導体薄膜の選択領域が、上部薄膜の全膜厚に
わたって酸化される。下部半導体薄膜は、酸化が上方薄
膜の全膜厚以上に浸透するのを防ぐ働きをする。次に、
上方薄膜の非酸化領域を利用することによって、活性領
域と上部薄膜の上部表面の接点との間に電流経路を形成
し、同時に、導波を誘発するのに必要な屈折率段差を得
ることが可能になる。
【００１４】一般に、半導体発光デバイスは、半導体基
板上に形成される。従来の技法を用いて、半導体基板上
に下部クラッディング層、並びに電流に応答して光波エ
ネルギーを発生する活性領域を含む層が形成される。活
性領域には、量子ウェルが含まれることが望ましいが、
特に制約されない。活性領域における積層クラッディン
グ構造の下部薄膜は、実質的にアルミニウムを含まない
III −Ｖ族半導体層が望ましい。前述のように、ＩｎＰ
は下部薄膜に適した材料である。ＡｌＩｎＡｓのような
アルミニウム含有III −Ｖ族半導体層は、積層の上部薄
膜を形成するのに望ましい材料である。
【００１５】望ましい実施例の場合、デバイスには、酸
化を受けない状態で残存する上部薄膜の所望の領域を覆
うマスクとは別個に、あるいはこれと組み合わせられて
機能する接触層が含まれる。接触層には、多少のアンダ
ーカットが生じるが、マスキング技法によって、上部薄
膜における接触層で覆われた選択領域の導電率が維持さ
れる。
【００１６】本発明の利点は、自然酸化物と活性領域の
間の非酸化材料の厚さが、積層の下部薄膜のエピタキシ
ャル成長によってのみ決まるということである。従っ
て、非酸化材料の所望の厚さが、酸化工程の所要時間ま
たはエッチング時間によって左右されずに得られる。該
構造は、工程に対する依存度が低いので、半導体デバイ
ス・アレイのウェーハ処理の均一性が向上する。一般
に、上部薄膜の酸化には湿式酸化技法が用いられるが、
所望の深さを超える酸化は酸化を抑制する下部薄膜によ
って防止される。
【００１７】発光デバイスの形成に関して、本発明のも
う１つの利点は、上部薄膜の非酸化領域から自然酸化物
までの屈折率段差が、埋め込みヘテロ構造の場合よりは
るかに大きいということである。従って、水平方向にお
けるモード閉込めは、少なくとも、ＢＨレーザと同程度
である。先行技術による構造の側壁の界面の質は、さま
ざまであり（メサ形成時に、該構造を空気及び化学薬品
にさらされるため）、従って、先行技術によるデバイス
は大漏洩電流を発生しやすいため、電流閉込めも、少な
くとも、ＢＨレーザ及びリッジ導波管レーザと同程度で
ある。自然酸化物構造は、大漏洩電流を発生させる可能
性が低い。
【００１８】本発明のもう１つの利点は、複雑な再成長
処理を伴うことなく、完全に平面のデバイスを製作可能
ということである。これによって、処理が大幅に単純化
されるので、市販の代替物と同程度、あるいは、それ以
上の性能を示すより安価なデバイスが得られることにな
る。該構造は、Ｓｉ酸化技法と処理が似ているので、高
レベルの集積化にも適応しやすい。
【００１９】積層の上部薄膜の非酸化領域の幅は、酸化
工程時に用いられるマスキング材料の酸化時間及び幅に
よってのみ設定される。マスキング材料がデバイスの接
触層である場合、本発明では、接触層を非酸化領域の幅
の数倍の距離まで延ばすことができるので、より低い接
触抵抗が得られる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明に関して図面を参照して説明す
る。図１に示されるように、下部クラッディング層１２
及び活性層１４を備えた半導体基板１０が示されてい
る。活性層の下方の構造は、本発明にとって重要ではな
い。下部クラッディング層及び基板の代わりに、他の任
意の既知構造を用いることも可能である。従って、層１
２及び１４を形成し、基板１０を設けるための技法は、
当該技術において既知の任意の構成とすることが可能で
ある。
【００２１】許容可能な半導体基板１０は、硫黄をドー
プしたＩｎＰ基板である。例えば、ドーパント濃度は、
５×１０18ｃｍ-3とすることが可能である。ｎタイプの
下部クラッディング層１２は、従来のエピタキシャル技
法を利用して成長させることが可能である。セレンによ
って、７×１０17ｃｍ-3の濃度レベルが可能になる。エ
ピタキシャル・クラッディング層にとって許容可能な厚
さは、１．５μｍである。
【００２２】活性層１４には、分離閉込めヘテロ構造
（ＳＣＨ）及び複数の量子ウェルが含まれる。例えば、
Ｌz ＝９０Å及びＬb ＝１００ÅのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａ
ｓから構成される４つの量子ウェルを備えた、Ｉｎ0.81
Ｇａ0.19Ａｓ0.43Ｐ0.57ＳＣＨ層を形成することが可能
である。しかし、材料も、寸法も、本発明にとって重要
ではない。
【００２３】ここで図２を参照すると、積層上部クラッ
ディング構造１６が示されている。該積層構造には、耐
酸化性になるように選択された材料で作られた第１の層
１８が含まれている。より厚い第２の層２０は、酸化を
受けやすい材料によって形成される。望ましい実施例の
場合、第１の層１８にはアルミニウムを実質的に含まな
いが、第２の層２０は高濃度でアルミニウムを含んでい
る。
【００２４】第１の層１８は、１０００Åの厚さが可能
である。非ドープＩｎＰ層を形成することもできるし、
あるいはＩｎＰ層に対して１×１０17ｃｍ-3のレベルの
濃度でＺｎのドーピングを施すことも可能である。下部
クラッディング層１２及び活性層１４は、金属有機化学
蒸着（ＭＯＣＶＤ）によって形成されているが、第１及
び第２の層１８及び２０は、分子ビーム・エピタキシー
（ＭＢＥ）によって形成されている。しかし、これらの
別個の技法を用いることによって、後続レベルの界面に
おいて欠陥の生じる確率が高くなるので、望ましい方法
は当該技術において周知の考慮事項に基づいて選択され
た製作構造内において各層を形成することである。ＭＯ
ＣＶＤを用いるのが望ましいが、本発明の実現は、半導
体層を堆積させ得るいかなる特定の方法にも左右される
ものではない。
【００２５】クラッディング積層１６のより厚い第２の
層２０は、厚さが１．５μｍで、ベリリウムの濃度レベ
ルが約８×１０17ｃｍ-3のＡｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層とす
ることが可能である。
【００２６】図３において、積層クラッディング構造１
６の第２の層２０の上に、接触層２２が形成されてい
る。一般に、接触層は、従来のエピタキシャル成長技法
を利用して形成される。次に、接触層２２の上にマスキ
ング層２４が形成される。フォトリソグラフィ技法を利
用して接触層及びマスキング層にパターン形成を行うこ
とにより、図３に示す積層構造が得られる。このパター
ン形成によって、第２の層２０の上部表面の一部２６及
び２８が露出する。
【００２７】接触層２２は厚さが約０．７５μｍで、Ｂ
ｅの濃度レベルが２×１０19ｃｍ-3のＩｎ0.53Ｇａ0.47
Ａｓ層とすることが可能である。マスキング層２４は、
窒化珪素とすることが可能である。ただし、この材料、
濃度レベル及び厚さは、当該技術において既知のパラメ
ータによって変動する可能性がある。
【００２８】湿式酸化プロセスを利用して、パターン形
成された接触層２２及びマスキング層２４によって露出
した、第２の層２０の領域に酸化が施される。酸化は、
表面部分２６及び２８から開始され、引き続き、積層ク
ラッディング構造１６の第２の層全体に及ぶ。酸化プロ
セスは、５２５℃の温度で１時間にわたり、水蒸気及び
Ｎ2キャリヤ・ガスから成る雰囲気中において実施され
る。これらのパラメータは、第２の層２０の厚さ及び当
該技術の熟練者には明かな他の考慮事項によって変化す
る。
【００２９】露出表面部分２６及び２８の下方に位置す
る第２の層の領域は、ＡｌＩｎＡｓ材料の自然酸化物に
変わる。しかし、窒化珪素層２４及び接触層２２によっ
て、下方に位置する領域３０の完全な酸化が阻止され
る。接触層２２に多少のアンダーカットが生じる。アン
ダーカットの程度は、湿式プロセスの所要時間によって
決まる。従って、非酸化領域３０の幅は、主として酸化
時間と接触層２２の幅によって決まる。アンダーカット
は制御可能であり、これを利用すれば接触層２２の幅が
非酸化領域３０の幅の数倍に当たる構造を形成すること
が可能になり、従って、非酸化領域３０と接触領域２２
との界面における接触抵抗が小さくなる。
【００３０】図４に示すように、窒化珪素マスキング層
２４が除去され、従来の技法を用いてブランケット金属
層３２の被着が行われる。下部金属層３４が、当該技術
における標準通り半導体基板１０の下側に形成される。
金属層３２及び３４における電圧レベルによって、活性
層１４を流れる電流が決まる。上述の望ましい実施例に
よれば、１．３μｍ〜１．５５μｍの波長範囲で動作す
る。一方、他の実施例も意図される。発光レーザではな
く、前記工程を利用して発光ダイオードを製作すること
も可能である。さらに、本発明の方法を用いて発光能力
を備えた半導体デバイス・アレイを形成することが可能
である。
【００３１】前述のように、活性層１４と第２の層２０
の酸化領域の間における非酸化領域の厚さは、積層クラ
ッディング構造１６における第１の層１８のエピタキシ
ャル成長によって決まる。既述のＫｉｓｈ等の構造に比
較して、改良されたプロセスの均一性は、積層クラッデ
ィング構造１６が第２の層２０の形成によって生じる厚
さの不均一性を補償することにより得られる。アルミニ
ウムを含まない第１の層２８は、第２の層２０の膜厚以
上にわたる酸化を阻止する。
【００３２】非酸化領域３０から第２の層２０の自然酸
化物までの屈折率段差は、埋め込みヘテロ構造の屈折率
段差よりはるかに大きい。従って、側方におけるモード
閉込めは、ＢＨレーザの場合と少なくとも同程度であ
る。さらに、側壁の界面は大漏洩電流を発生しにくいの
で、電流閉込めが改良される。
【００３３】図５は、発光半導体デバイス３６の第２の
実施例を示す。該デバイスには、ｎ型ＩｎＰ基板３８及
びｎ型ＩｎＰ下部クラッディング層４０が含まれてい
る。下部クラッディング層の上には、量子ウェルを有す
る分離閉込めヘテロ構造（ＱＷ−ＳＣＨ）を有するＩｎ
ＧａＡｓ活性領域４２が配置される。
【００３４】発光デバイス３６は、それぞれ、第１、第
２及び第３の層４６、４８及び５０から成る積層クラッ
ディング構造４４を備えている。第１の層は、約５００
Åの厚さを有するＩｎＰの非ドープ薄膜である。第２の
層は、厚さが約５００Åで、Ｚｎドーパントの濃度レベ
ルが約１×１０17ｃｍ-3のＩｎＰ薄膜である。第３の層
５０は、ＢｅをドープしたＡｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓの層で
ある。第３の層の濃度レベルは、０．５μｍの下部領域
の場合には１×１０17ｃｍ-3であり、１μｍの上部領域
の場合には８×１０17ｃｍ-3である。第３の層の非酸化
領域５２は、自然酸化領域の間に位置している。非酸化
領域５２は、２〜４μｍの幅を有していることが望まし
い。側方酸化物成長によって接触領域５４の下方にアン
ダーカットが形成されるため、第３の層の酸化を防止す
るマスキングは、約６μｍが望ましい。従来の金属層５
６は、発光デバイス３６に形成される。
【００３５】本発明に係る半導体デバイスの作製方法
を、下記の半導体デバイスに適用した場合を例示してよ
り明確にする。 〔例１：発光デバイス〕ＩｎＧａＡｓＰ量子ウェル・ヘ
テロ構造（ＱＷＨ）結晶１４は、金属有機化学蒸着（Ｍ
ＯＣＶＤ）によって成長させることができる。ＡｌＩｎ
Ａｓ層３０及びＧａＩｎＡｓ接触キャップ２２は、分子
ビーム・エピタキシー（ＭＢＥ）によって成長する。該
構造は、ＭＯＣＶＤで成長した１．５μｍ、７×１０17
ｃｍ-3のＩｎＰ：Ｓ層１０；１０００Åで、λg ＝１．
２μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる非ドープ分離閉込めヘ
テロ構造（ＳＣＨ）；全て非ドープのλg ＝１．５８μ
ｍで、Ｌz ＝１３０ÅのＩｎＧａＡｓからなる５つの量
子ウェル、並びにλg ＝１．２μｍで、Ｌb ＝８０Åの
ＩｎＧａＡｓＰからなる４つのバリヤ；１０００Åで、
λg ＝１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる非ドープＳ
ＣＨ；及び、１．２μｍで、８×１０18ｃｍ-3のＩｎ
Ｐ：Ｚｎ層１８から構成される。そして、ＭＢＥで成長
した、厚さ０．２μｍで、７×１０17ｃｍ-3のＡｌＩｎ
Ａｓ：Ｂｅ層３０、並びに２×１０19ｃｍ-3のＧａＩｎ
Ａｓ：Ｂｅ接触キャップ層２２を追加することによって
該構造が完成する。この構造のＭＯＣＶＤ部分は、トリ
メチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルガリウム
（ＴＥＧａ）、Ｈ2 中の１０％ＡｓＨ3 及び１００％Ｐ
Ｈ3 を使用した水平ＲＦ加熱低圧（７６Ｔｏｒｒ）系に
おいて、６４０℃で成長する。水素及びジエチル亜鉛中
に５０ｐｐｍのＨ2 Ｓｅを混合したものが、ドーパント
前駆物質として利用される。反応管は、幅５．７ｃｍで
基板上方に２ｃｍ離間した矩形断面を備えている。全水
素流量は、８．７ｓｌｐｍになる。典型的なＰＨ3 流量
は、ＩｎＰ成長時において、１８０ｓｃｃｍ、ＩｎＧａ
ＡｓＰ層について１５０ｓｃｃｍである。ＴＭＩｎの流
量は、３３０ｓｃｃｍで一定に保たれる。昇華器は約１
７℃の温度に保たれるので、ＴＭＩｎの気体濃度はＥｐ
ｉｓｏｎ気体濃度計での測定値で０．０９０％である。
ＡｓＨ3及びＴＥＧａの流量は、所望の禁止帯の幅にお
いて△ａ／ａ0 ≦２×１０-4の格子整合が得られるよう
に調整される（一般に、それぞれ８〜５００ｓｃｃｍ及
び２５〜９０ｓｃｃｍ）。ＭＯＣＶＤ部分の成長が済む
と、ＭＯＣＶＤ装置からウェーハが取り出され、即座に
ＭＢＥ室に移送される。
【００３６】該構造のＭＢＥ部分は、固体源を利用し、
Ｖａｒｉａｎ Ｇｅｎ II型反応器内において４８０℃
で成長する。基板は、８×１０18ｃｍ-3にＳがドープさ
れ、（１００）配向を施された（意図的な配向ミスのな
い）ＩｎＰである。エピタキシャル層に意図的に歪みを
成長させることはなく、４元系組成の元素のそれぞれに
ついて、個々に、△ａ／ａ0 ≦２×１０-4内での格子整
合が施される。
【００３７】デバイスの製作は、標準的なフォトリソグ
ラフィにより、ＩｎＧａＡｓ−ＡｌＩｎＡｓ−ＩｎＰ−
ＩｎＧａＡｓＰ ＱＷＨ結晶上に堆積した厚さ１０００
ÅのＳｉ3 Ｎ4 に幅４０μｍのストライプをパターン形
成することから開始される。Ｓｉ3 Ｎ4 は、結晶エッチ
ング及び酸化のためのマスクとして役立つ。ストライプ
を形成するＳｉ3 Ｎ4 以外の酸化物に変化させるべき領
域では、湿式選択的化学エッチング（クエン酸：Ｈ
2 Ｏ：Ｈ2 Ｏ2 、９ｇ：９ｍｌ：３ｍｌ）で１０００Å
のＩｎＧａＡｓキャップ層が除去され、その下方に位置
するＡｌＩｎＡｓ層が露出する。酸化プロセス（５２５
℃、１ｈ）は、８３℃に保たれた水を介して泡立つＮ2
の供給を受ける開放形管状炉内で行われ、その結果、光
沢があり、均一で、明青色の酸化物が得られる。窒化物
のマスキング・ストライプがＣＦ4 プラズマ中において
サンプルから除去され、次で基板の側部から厚さ約１５
０μｍにわたりラッピング及びポリッシングが施され
る。次に、Ｔｉ／Ａｕ（ｐ側）及びＧｅ／Ａｕ（ｎ側）
によって、サンプルにメタライゼーションが施され、合
金が作られる。最後に、個々のレーザが劈開され、のこ
引きされ、連続波（ｃｗ）動作に備えてＩｎコーティン
グを施した銅のヒート・シンク（ｐ側下方）に搭載され
る。レーザは、ファセット（コーティングされていない
劈開ファセット）当たり０〜１４０ｍＷのパワー・レベ
ル、並びに２０〜７０℃の温度範囲において約１．５μ
ｍの波長で連続動作する。
【００３８】〔例２：非発光デバイス〕実験から明らか
なように、下部層の酸化を抑制するのは下部層中におけ
るインジウム及びリンの両方または一方の存在である。
従って、酸化防止下部層１０にはインジウム及びリンの
両方または一方の含有量が十分に多ければ、酸化容易材
料であるアルミニウムを含むことも可能である。リンを
含まない層におけるインジウムの含有量は、５０体積％
の最低値が望ましい。Ｉｎx （Ａｌy Ｇａ1-y ） 1-x Ｐ
z Ａｓ1-z からなる「酸化防止層」（ここで、ｙは０を
超え、１未満）が可能である。結晶成長の性質といっ
た、実際上の制限によって、おそらく、Ｉｎ 0.5 （Ａｌ
y Ｇａ1-y ）0.5 Ｐには多少のＡｓが存在することにな
る。酸化防止層は薄くなる場合があり、従って、本質的
に下方に位置する半導体層と格子整合しない疑似連続層
構造を適用することになる可能性がある。
【００３９】発光デバイス以外に、本手法を用いて他の
電子デバイスを形成することも可能である。例えば、層
の界面の特性がデバイスの働きを支配する電界効果トラ
ンジスタ（ＦＥＴ）を形成することが可能である。図６
を参照すると、ＦＥＴ５８は、図示のように、Ｉｎ
x （Ａｌy Ｇａ1-y ）1-x Ｐz Ａｓ1-z からなる酸化防
止層６０を含んでいる。酸化防止層は、酸化層６２の下
方に位置する層であり、アルミニウム含有III −Ｖ族半
導体材料である。層６２の酸化部分は、ソース領域６４
及びドレイン領域６６を包囲する自然酸化物からなる。
【００４０】Ｉｎx （Ａｌy Ｇａ1-y ）1-x Ｐz Ａｓ
1-z 層６０は、層６０及び６２の界面における酸化を防
止する働きだけでなく、チャネル層６８に関連したチャ
ネル領域の働きも可能である。チャネル層は、薄いＩｎ
x Ｇａ1-x Ａｓ酸化防止層６０を備えたＧａＡｓ基板７
０上のＧａＡｓ材料とすることが可能である。集積化の
ため、例えば、基板におけるＧａＡｓ接触層７２、並び
にチャネル層６８と基板７０との間にＡｌz Ｇａ1-z Ａ
ｓ層といった他のエピタキシャル層を追加することも可
能である。このような層によって、ＦＥＴとレーザの両
方を同じウェーハ上に製作することが可能になり、結果
としてより精巧な光電子回路が得られる。さらに、酸化
防止層がチャネル層に取って代わり、チャネル（活性）
層と酸化を抑制する層の両方の働きをすることも可能で
ある。
【００４１】もう１つの特定の例では、Ｉｎx Ｇａ1-x
Ａｓ酸化防止層６０の代わりに、Ｉｎx'Ｇａ1-x'Ｐ層ま
たはＩｎx'（Ａｌy'Ｇａ1-y'）1-x'Ｐ層を用いる。この
場合、この層は格子整合するか（ｘ’≒０．５）、ある
いは疑似連続層（ｘ’≠０．５）となるように選択する
ことが可能である。さらに、チャネル層の代わりに、他
の任意の適合するIII −Ｖ族半導体材料を用いることも
可能である。この手法を用いて、例えば、コンデンサ及
び導波管のように急峻な界面が所望される他の電子デバ
イスを製作することも可能である。
【００４２】酸化防止層のもう１つの用途は、選択的酸
化のための構造を形成することである。従って、側方酸
化によって、質の高い埋め込み自然酸化物構造を実現す
ることが可能である。例えば、図７には、酸化可能なア
ルミニウムを含有するIII −Ｖ族半導体材料及び酸化防
止III −Ｖ族半導体材料からなる層を交互にエピタキシ
ャル成長させることによって、超格子７２が形成された
実施例が示されている。アルミニウム含有層７４はギャ
ップ幅の大きいＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ材料とし、一方酸化
防止層７６はＩｎx （Ａｌy Ｇａ1-y ）1-x Ｐz Ａｓ
1-z とすることが可能である。超格子７２にマスク７８
を被覆してエッチングを施すことによって、酸化を受け
るべきエッジを露出させることが可能になる。超格子を
適正な環境にさらすことによって、側方酸化が生じる。
側方酸化手法については、１９９０年１２月２４日発行
の、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５７（２６） ２
８４４〜２８４６ページにおける「Ｈｙｄｒｏｌｙｚａ
ｔｉｏｎ Ｏｘｃｉｄａｔｉｏｎｏｆ Ａｌx Ｇａ1-x
Ａｓ−ＡｌＡｓ−ＧａＡｓ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ
Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ Ｓｕｐ
ｅｒｌａｔｔｉｃｅｓ」にＤａｌｌｅｓａｓｓｅ等によ
る解説がある。
【００４３】Ｉｎ及びＰの両方または一方を含むことに
より、Ａｌ含有層７４だけが酸化されることになる。従
って、自然酸化物を分離する高屈折率（ｎ≒３）及び低
屈折率（ｎ≒１．６０）の層が形成されることになる。
層７４と層７６の界面は、急峻である。層の厚さが適正
に設計されていれば、最小の周期をもって反射率の極め
て高い、並びに反射率の極めて低いブラッグ・リフレク
タを実現することができる。該構造は、垂直キャビティ
表面発光層のような各種デバイスにおいて重要な意味を
有している。このような構造の形成は、Ｉｎx （Ａｌy
Ｇａ1-y ）1-xＰz Ａｓ1-z 層７６に依存するため、他
の層ではこのような構造を実現するのに十分な感度と、
十分に質の高い界面の両方または一方を得ることができ
ないという点に留意されたい。
【００４４】酸化工程は方向に対して異方性速度依存性
を有しており、ギャップ幅の大きいＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ
の酸化において｛１１０｝方向に沿ってかなり速く進行
することになる。従って、妥当な処理時間で、数百、も
しかすれば、数千μｍに及ぶ埋め込み自然酸化層の形成
が可能になるはずである。さらに、該工程は選択的であ
り、エッジの露出した領域だけを酸化させるので、全ウ
ェーハ表面にわたって埋め込み酸化物のパターン形成が
可能になる。酸化工程の選択性によって、構造的、化学
的に急峻な界面を備える、質の高い酸化物が半導体層の
下方と半導体層の間の両方または一方に形成された埋め
込み自然酸化構造の類族が得られる。従って、自然酸化
物の絶縁特性を利用して、ウェーハのいくつかの領域を
局所的に分離することが可能であり、その結果層を局所
的に分離することが可能な、新規形態によるIII −Ｖ族
半導体・オン・絶縁体技術が得られることになる。
【００４５】本発明に係る好ましい実施態様を以下に列
挙する。 （１） 前記第１の層、第２の層及び接触層を形成し、
前記第２の層を酸化させる工程が、発光デバイスを形成
するように実施されることを特徴とする請求項１に記載
の半導体デバイスの製作方法。
【００４６】（２） 前記第１の層、第２の層及び接触
層を形成し、前記第２の層を酸化させる工程が、トラン
ジスタを形成するように実施されることを特徴とする項
目（１）に記載の半導体デバイスの製作方法。
【００４７】（３） 前記第１の層が、少なくとも５０
体積％のインジウムを含むように形成されることを特徴
とする項目（１）に記載の半導体デバイスの製作方法。
【００４８】（４） 周期表においてインジウム及びリ
ンを含む族から選択された元素を含む酸化防止III −Ｖ
族半導体材料からなる第１の層を形成する工程と、前記
第１の層の上にアルミニウムを含有するIII −Ｖ族半導
体材料からなる第２の層を形成する工程と、前記第２の
層の上に周期表においてインジウム及びリンを含む族か
ら選択された元素を含む酸化防止III −Ｖ族半導体材料
からなる第３の層を形成する工程と、前記第１の層と第
２の層との間において、側方酸化により第２の層を選択
的に酸化させる工程とから構成されることを特徴とする
半導体デバイスに埋め込み自然酸化物を形成する方法。
【００４９】（５） 基板を設ける工程と、光波を発生
するための活性領域の形成を含み、前記基板上に複数の
層を形成する工程と、酸化を防止するために選択された
第１の半導体クラッディング層の形成、並びに前記第１
の半導体クラッディング層上に第２の半導体クラッディ
ング層の形成を含んでなる前記複数の層の上に積層クラ
ッディング構造を形成する工程と、酸化条件下において
前記第２の半導体クラッディング層の選択された第１の
領域を酸化させて、酸化物が前記第１半導体クラッディ
ング層と第２の半導体クラッディング層との界面にまで
延びるようにし、かつ前記第２の半導体クラッディング
層の第２の領域は酸化されない状態に残存させる工程と
から構成されることを特徴とする半導体発光デバイスを
製作するための方法。
【００５０】（６） 前記第１の半導体クラッディング
層及び前記第２の半導体クラッディング層の前記第２の
領域を介して前記活性領域と電気的接続を行うために、
前記第２の領域に接点を形成する工程を含むことを特徴
とする項目（５）に記載の製作方法。
【００５１】（７） 前記第２の半導体クラッディング
層を形成する工程が、前記第１の半導体クラッディング
層上にアルミニウム含有半導体層を成長させる工程であ
ることを特徴とする項目（５）に記載の製作方法。
【００５２】（８） 前記第１の半導体クラッディング
層を形成する工程が、ＩｎＰ層を成長させる工程である
ことを特徴とする項目（５）に記載の製作方法。
【００５３】（９） 前記基板上に前記複数の層を形成
する工程に、前記積層クラッディング構造とは逆の、前
記活性領域の側にＩｎＰ下方クラッディング層を形成す
る工程が含まれることを特徴とする項目（８）に記載の
製作方法。
【００５４】（10） 前記第２の半導体クラッディング
層の選択された第１の領域を酸化させる工程に、前記第
２の領域にマスキングを施す工程と、湿式酸化技法を利
用する工程とが含まれることを特徴とする項目（５）に
記載の製作方法。
【００５５】（11） 前記活性領域を形成する工程に、
量子ウェルを形成する工程が含まれることを特徴とする
項目（５）に記載の製作方法。
【００５６】（12） 電流の導通に応答して光を発生す
る半導体活性層と、半導体基板とは逆の前記活性層の側
に位置する耐酸化性の第１の半導体クラッディング層
と、前記活性層とは逆の、前記第１のクラッディング層
の側に位置し、平面をなし、酸化領域及び非酸化領域を
備え、かつ前記酸化領域が第２のクラッディング層を貫
いて前記第１の層まで延びる第２のクラッディング層
と、前記酸化領域と電気的に接触して前記活性領域と前
記第１のクラッディング層とを電気的に接続するための
接点から構成され、半導体基板上に形成される発光デバ
イス。
【００５７】（13） 前記第１のクラッディング層が実
質的にアルミニウムを含まず、かつ前記第２のクラッデ
ィング層がアルミニウムを含有する半導体材料から形成
されることを特徴とする項目（12）に記載の発光デバイ
ス。
【００５８】（14） 前記第１のクラッディング層がＩ
ｎＰであることを特徴とする項目（12）に記載の発光デ
バイス。
【００５９】（15） 前記活性層と前記半導体基板との
間にＩｎＰ下部クラッディング層が設けられていること
を特徴とする項目（14）に記載の発光デバイス。
【００６０】（16） 前記第２のクラッディング層がエ
ピタキシャル層であり、かつ前記酸化領域が前記エピタ
キシャル層の自然酸化物であることを特徴とする項目
（12）に記載の発光デバイス。
【００６１】（17） 前記酸化領域が前記接点をアンダ
ーカットすることを特徴とする項目（12）に記載の発光
デバイス。
【００６２】（18） 半導体基板と、前記基板に配置さ
れて電流を閉込める下部半導体層と、前記下部クラッデ
ィング層に配置されて光を発生する略平坦な表面を備え
る活性領域と、前記活性領域の前記略平坦な表面に配置
されて前記下部半導体層との間で前記活性領域内の電流
を閉込める実質的にアルミニウムを含まないＩｎＰ層
と、前記ＩｎＰ層に配置されて自然酸化領域及び非酸化
領域を備え、かつ前記自然酸化領域が前記ＩｎＰ層まで
延びている上部アルミニウム含有半導体層と、前記非酸
化領域にあって前記非酸化領域と前記ＩｎＰ層とを介し
て前記活性領域への電流のチャネリングを行う接点手段
とから構成されることを特徴とする半導体レーザ。
【００６３】（19） 前記半導体基板及び前記下部半導
体層が、それぞれＩｎＰであることを特徴とする項目
（18）に記載の半導体レーザ。
【００６４】（20） 前記活性領域に量子ウェルが含ま
れることを特徴とする項目（18）に記載の半導体レー
ザ。
【００６５】（21） 前記上部アルミニウム含有半導体
層が、ＡｌＩｎＡｓであることを特徴とする項目（18）
に記載の半導体レーザ。
【００６６】（22） 前記上部アルミニウム含有半導体
層が、略平面であることを特徴とする項目（18）に記載
の半導体レーザ。
【００６７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複雑な再成長または精密な処理を伴わずに、所望の屈折
率段差が得られ、平面構造をなす半導体発光デバイスを
製造することができる。また、本発明によれば、酸化パ
ラメータに再現性のある半導体デバイスが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により得られる下部クラッディング層及
び活性層を備えた半導体基板の側断面図である。
【図２】積層上部クラッディング構造が形成された、図
１のデバイスの側断面図である。
【図３】図２の積層上部クラッディング構造の第２の層
を選択的に酸化するための処理工程を説明するための側
断面図である。
【図４】図１〜３に例示の工程に基づいて形成される半
導体デバイスの例を示す側断面図である。
【図５】本発明に基づいて形成される半導体デバイスの
他の例を示す側断面図である。
【図６】本発明に基づいて形成されるトランジスタの側
断面図である。
【図７】本発明に基づいて形成される超格子構造の側断
面図である。
【符号の説明】
１０ 半導体基板 １２ 下部クラッディング層 １４ 活性層 １６ 積層上部クラッディング構造 １８ 第１の層 ２０ 第２の層 ２２ 接触層 ２４ マスキング層 ２６ 露出表面部分 ２８ 露出表面部分 ３２ ブランケット金属層 ３６ 半導体デバイス ３８ ＩｎＰ基板 ４０ ＩｎＰ下部クラッディング層 ４２ ＩｎＧａＡｓ領域 ４４ 積層クラッディング構造 ５４ 接触領域 ５６ 金属層
フロントページの続き (72)発明者 ステファン・ヨゼフ・カラッチ アメリカ合衆国オハイオ州センターヴェイ ル ポーツマス・ウェイ 5443 (72)発明者 マイケル・レーガン・クラムス アメリカ合衆国イリノイ州アーバナ ウエ スト・メイン・ストリート 1010 (72)発明者 フレッド・エイ・キッシュ アメリカ合衆国カリフォルニア州サンヨゼ レイク・ショアー・サークル 1372

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板を設ける工程と、周期表においてイ
    ンジウム及びリンを含む族から選択される元素を含む酸
    化防止III −Ｖ族半導体材料からなる第１の層を形成す
    る工程と、 前記第１の層の上にアルミニウムを含有するIII −Ｖ族
    半導体材料からなる第２の層を形成して前記第１と第２
    の層の界面を形成する工程と、 接触層から前記第１の層への電気的接続を形成する工程
    とから構成されるとともに、 これらの工程に、酸化条件下にある前記第２の層の少な
    くとも１つの選択領域を酸化し、かつそれによる酸化物
    が前記第１と第２の層の前記界面まで延びるように形成
    する副工程と、更に、前記第２の層の非酸化領域を残
    し、かつ前記接触層からの電気的接続を前記非酸化領域
    を介して行う副工程とを含むことを特徴とする半導体デ
    バイスの製作方法。
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