(57)【要約】【課題】同一半導体基板内や半導体基板間で、幅、高さの均一なリッジ部を作製することを可能とする。【解決手段】砒化ガリウム（ＧａＡｓ）基板１の表面上に、耐熱性樹脂層であるポリイミド樹脂膜３を塗布し、このポリイミド樹脂膜３のリッジ部の形成領域に対応する位置にストライプ状の開口部４を形成する。ポリイミド樹脂膜３をマスクとして、ストライプ状の開口部４から露出したＧａＡｓ基板１の表面に、有機金属気相成長法もしくは分子線成長法によって、基板と同一材料のリッジ部となる半導体層であるＧａＡｓ層５を成長させる。この場合、リッジ部作製時の成長温度は、ポリイミド樹脂の分解温度より低い４２５℃〜４８０℃とする。成長後、ポリイミド樹脂膜３を除去してＧａＡｓ基板１上にリッジ部を形成する。なお、基板は、ＧａＡｓの他に、砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、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）のうちの少なくとも１種を含む混晶により構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にリッジ部を形成する半導体基板の製造方法において、
前記半導体基板上に耐熱性樹脂層を形成し、
前記耐熱性樹脂層の前記リッジ部の形成領域に対応する位置にストライプ状の開口部を形成し、
前記耐熱性樹脂層をマスクとして、前記ストライプ状の開口部から露出した前記半導体基板の表面に、有機金属気相成長法もしくは分子線成長法によって、前記半導体基板と同一材料のリッジ部となる半導体層を成長させ、
前記耐熱性樹脂層を除去して前記半導体基板上にリッジ部を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記耐熱性樹脂がポリイミド樹脂である請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記有機金属気相成長法もしくは分子線成長法における前記リッジ部となる半導体層の成長温度は、４２５℃〜４８０℃とすることを特徴とする請求項２に記載の半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リッジ部を有する半導体基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
III−Ｖ族化合物半導体レーザにおける要求事項の一つとして、閾値電流を低下させることがあげられる。これを実現する方法の一つとして、ＳＤＨ（Separate Double Heterostructure）構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この構造を作製するには、基板の逆メサ方向である［０１１］方向と平行にストライプ状のリッジ部を有した基板を用いる必要がある。リッジ部は、半導体基板にウェットエッチングを行うことによって形成している。通常、形成されるリッジ部は逆テーパ型である。
【０００３】
ＳＤＨ構造は、半導体基板のリッジ部の上にＮクラッド層、活性層、Ｐクラッド層を成長させ、活性層の外側に電流ブロック層を成長することによって、活性層で十分な電流狭窄が行えるようになる。そのためリッジ部の作製にあたり、リッジ部上部の幅とリッジ部の高さを同一半導体基板内で、あるいは半導体基板ごとに一定にする必要がある。この幅と高がを一定でないと、活性層と電流ブロック層の位置関係がずれ、十分な電流狭窄が行えなくなる。リッジ部が逆テーパ型であると、幅と高さが一定のリッジ部を得ることが難しい。
【０００４】
そこで、エッチング溶液の濃度調整により順テーパ型のリッジ部を形成することが行われている。このウェットエッチング法を図３及び図４に示す。図３はリッジ部作製前（ウェットエッチング前）の半導体基板の断面図であり、図４はウェットエッチング後のリッジ部を有する基板（以下、リッジ基板という）の断面図である。図３において、６は半導体基板、７はリッジ部、８はウェットエッチングによって除去される部分、９はフォトレジストである。このウェットエッチング法では、まずフォトレジスト９のリッジ部７の形成領域に対応する位置に、［０１１］方向と平行なストライプ状のマスクパターンを作製する。次にウェットエッチングを行い、半導体基板６のウェットエッチングによって除去される部分８を除去し、フォトレジスト９のストライプ状のマスクパターンの下に、ストライプ状のリッジ部７を形成する。このときウェットエッチング溶液の濃度を調整し、リッジ部７の側面が順テーパ型となるようにする。これにより、図４に示すように、リッジ部７の側面に（１１１）Ｂ面が出ている順テーパ型のリッジ部７が半導体基板６の上に作製される。
【０００５】
また、基板に対して異なる種類のウェットエッチングを行う方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。これは、基板上にマスクパターンを形成し、まず（１１１）Ｂ面を含む結晶の面方位に対して依存性を持たない等方性ウェットエッチングを行う。次いで、（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を行う。これら２種類のエッチングにより、両側面が（１１１）Ｂ面で構成されたリッジ部を有する基板が作製される。このように、基板に対して異なる２種類のウェットエッチングを行うようにしたので、順テーパ形のリッジ部を均一性良く形成できるというものである。
【特許文献１】特開昭６１−１８３９８７号公報（第２図）
【特許文献２】特開２００１−３３２５３０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のウェットエッチングを用いたリッジ部作製方法では、たとえ２種類のウェットエッチングを行うようにしても、溶液の温度のばらつきがあるうえ、もともと逆テーパ型になりやすいものを、溶液の濃度調整で順テーパ型にしているため、同一半導体基板内や半導体基板間のばらつきが大きくなってしまうという欠点がある。
【０００７】
また、リッジ部の均一性を良好なものとするには、エッチング溶液の温度や濃度の細かい管理が必要となるが、作業者の個人差により管理が異なるなど限界が生じてしまうという欠点があった。
【０００８】
そこで本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、同一半導体基板内や半導体基板間で均一なリッジ部を作製することが可能な半導体基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成したものである。
【００１０】
第１の発明は、半導体基板上にリッジ部を形成する半導体基板の製造方法において、前記半導体基板上に耐熱性樹脂層を形成し、前記耐熱性樹脂層の前記リッジ部の形成領域に対応する位置にストライプ状の開口部を形成し、前記耐熱性樹脂層をマスクとして、前記ストライプ状の開口部から露出した前記半導体基板の表面に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）もしくは分子線成長法（ＭＢＥ法）によって、前記半導体基板と同一材料のリッジ部となる半導体層を成長させ、前記耐熱性樹脂層を除去して前記半導体基板上にリッジ部を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法である。
【００１１】
リッジ部を有する半導体基板製造の際に、ＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法のエピタキシャル成長によってリッジ部を形成するようにしたので、エッチング溶液の微妙な温度や濃度の違いによってリッジ部の幅や高さが変動するウェットエッチングを用いたものと比べて、半導体基板面内や半導体基板間で、一定の幅や高さを有するリッジ部の作製が可能となり、ＳＤＨ構造の設計が容易となる。
【００１２】
半導体基板としては、例えばＧａＡｓ（特にｐ型ＧａＡｓ基板）、ＡｌＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＳｂ等のIII−Ｖ族化合物半導体基板がある。
【００１３】
リッジ部を有する半導体基板は、ＳＤＨ（Separate Double Heterostructure）構造を有する半導体発光素子、例えば半導体レーザに応用される。
【００１４】
ストライプ状の開口部は、フォトリソグラフィーによって耐熱性樹脂層に形成して、リッジ部形成用のフォトマスクパターンとする。ＭＯＶＰＥ法もしくはＭＢＥ法により、半導体基板と同一材料の半導体層をリッジ部としてエピタキシャル成長できる。耐熱性樹脂層は、例えば高温にして、半導体基板上から分解除去する。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明において、前記耐熱性樹脂がポリイミド樹脂である半導体基板の製造方法である。使用する耐熱性樹脂は、最も普通に用いられているポリイミド樹脂を用いるのが好ましい。
【００１６】
第３の発明は、第２の発明において、前記ＭＯＶＰＥ法もしくはＭＢＥ法における前記リッジ部となる半導体層の成長温度は、４２５℃〜４８０℃とすることを特徴とする半導体基板の製造方法である。
【００１７】
ポリイミド樹脂は約５００℃で熱分解する。したがって、リッジ部となる半導体層の成長温度を、４２５℃〜４８０℃とすると、ポリイミド樹脂は分解せず、連続して使用に耐え、常に一定の幅や高さを有するリッジ部の作製が可能となる。
【００１８】
リッジ基板は、ＳＤＨ（Separate Double Heterostructure）構造を有する半導体発光素子に応用される。
【００１９】
このような混晶により構成されたリッジ基板は、ＳＤＨ構造を有する半導体発光素子に好適に応用される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、同一半導体基板内や半導体基板間で、幅、高さが一定なリッジ部を作製することができる。したがって、ＳＤＨ構造の設計が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明の実施形態を説明する。
【００２２】
図１及び図２は本発明の実施形態における半導体基板上にリッジ部を作製する方法を示したものである。
【００２３】
図１に示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板１の表面に、まず耐熱性樹脂であるポリイミド樹脂膜３を塗布し、このポリイミド樹脂膜３にフォトリソグラフィーによって［０１１］方向と平行に、リッジ部の形成領域に対応したストライプ状の開口部４を形成する。
【００２４】
つぎに、ＭＯＶＰＥ法分又はＭＢＥ法によって開口部４から露出したｐ型ＧａＡｓ基板１の表面に、ポリイミド樹脂膜３をマスクとして、基板１と同一材料の半導体層であるｐ型ＧａＡｓ層５のエピタキシャル成長を行う。このときポリイミド樹脂膜３の分解温度が５００℃であるので、成長温度は５００℃以下の低温で行わなければならない。したがって、ＭＯＶＰＥ法又はＭＢＥ法におけるｐ型ＧａＡｓ層５の成長温度は４２５℃〜４８０℃とする。
【００２５】
ｐ型ＧａＡｓ層５を成長後、ポリイミド樹脂膜３を除去してｐ型ＧａＡｓ基板１の表面にリッジ部２を形成する。図２は、そのようなリッジ部２の形成後のｐ型ＧａＡｓ基板１の状態を示したものである。
【００２６】
以上述べたように、本実施の形態によれば、ｐ型ＧａＡｓ基板のリッジ部作製方法において、まずストライプ状の開口部を有する耐熱性にすぐれたポリイミド樹脂のフォトマスクパターンを作製し、その次に、ＭＯＶＰＥ法またはＭＢＥ法によって、開口部にｐ型ＧａＡｓ基板と同一材料のｐ型ＧａＡｓ層を成長し、最後に耐熱性樹脂であるポリイミド樹脂を除去してｐ型ＧａＡｓ基板上にリッジ部を形成している。
【００２７】
したがって、この半導体基板製造方法によって、リッジ部２を対称性の高い形状で、寸法設計性よく形成することができる。その結果、半導体基板内や半導体基板間で、リッジ部の幅と高さが一定となるリッジ基板が安定して得られる。
【００２８】
また、ポリイミド樹脂は約５００℃で熱分解するので、リッジ部となるｐ型ＧａＡｓ層の成長温度を、４２５℃〜４８０℃とすると、ポリイミド樹脂は分解せず、連続して使用に耐える。したがって、常に一定の幅や高さを有するリッジ部の作製が可能となる。その結果、ＧａＡｓ半導体レーザにおいて、活性層と電流ブロック層の位置関係にずれが生じず、十分な電流狭窄が行えるようになる。
【００２９】
また、基板は、ＧａＡｓに限定されず、他のIII−Ｖ族化合物半導体でもよい。例えば砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、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）のうちの少なくとも１種を含む混晶によって構成されていてもよい。このような混晶により構成されたリッジ基板は、ＳＤＨ構造を有する半導体発光素子に応用される。
【実施例】
【００３０】
ｐ型ＧａＡｓ基板１の表面に、まず耐熱性樹脂であるポリイミド樹脂膜３を３．０μｍ塗布し、このポリイミド樹脂膜３にフォトリソグラフィーによって［０１１］方向と平行に、リッジ部の形成領域に対応したストライプ状の開口部４を形成した。この開口部４の幅は７．０μｍとした。
【００３１】
ＭＯＶＰＥ装置を用いて開口部４から露出したｐ型ＧａＡｓ基板１の表面に、次のように半導体層を成長した。半導体層の原料として、III族原料に低温でも分解するトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ｖ族原料にアルシン（ＡｓＨ3）、ｐ型ドーパントにジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を使用した。ＭＯＶＰＥ装置内の成長温度を４５０℃、Ｖ族原料ガスとIII族原料ガスの比（Ｖ／III比）を５０、成長速度を０．２nm／ｓｅｃとして、厚さ４．５μｍ、キャリア濃度２．０×１０19cm-3のｐ型ＧａＡｓ層５を成長した。
【００３２】
そしてｐ型ＧａＡｓ層５を成長後に、ＭＯＶＰＥ装置内の温度を５５０℃に昇温し、３０分そのままの温度を保持し、ポリイミド樹脂膜３を分解し、ｐ型ＧａＡｓ基板１の表面より除去した。これによりｐ型ＧａＡｓ基板の上に、ｐ型ＧａＡｓからなるリッジ部２を形成した。このリッジ部は、その幅と高さが同一半導体基板内、あるいは半導体基板間で一定であった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施例におけるリッジ部を有する半導体基板の製造方法を示した図である。
【図２】本実施例におけるリッジ部作製後の半導体基板構造を示した図である。
【図３】従来例におけるリッジ部を有する半導体基板の製造方法を示した図である。
【図４】従来例におけるリッジ部作製後の半導体基板構造を示した図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  ｐ型ＧａＡｓ基板
２  リッジ部
３  ポリイミド樹脂膜
４  開口部
５  ｐ型ＧａＡｓ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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