(57)【要約】【課題】良好なエッチングの制御性を提供できる化合物半導体光素子の製造方法を提供する。【解決手段】III−Ｖ族化合物半導体からなる半導体基板上１０１にＧａを構成原子として含むコンタクト層１０５を形成し、コンタクト層１０５上にＧａを構成原子として含まないエッチングモニタ層１０６を形成し、エッチングモニタ層上にＧａを構成原子として含むカバー層１０７を形成する半導体層形成工程と、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、カバー層１０７及びエッチングモニタ層１０６を連続してエッチングするエッチング工程と、を含み、エッチング工程では、Ｇａの発光プラズマの波長成分の有無を観察することにより、ドライエッチングを停止するタイミングを制御することを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
III−Ｖ族化合物半導体からなる半導体基板上にＧａを構成原子として含む第１の半導体層を形成し、前記第１の半導体層上にＧａを構成原子として含まない第２の半導体層を形成し、前記第２の半導体層上にＧａを構成原子として含む第３の半導体層を形成する半導体層形成工程と、
塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第３の半導体層及び前記第２の半導体層を連続してエッチングするエッチング工程と、
を含み、
前記エッチング工程では、Ｇａの発光プラズマの波長成分の有無を確認することにより、前記ドライエッチングを停止するタイミングを制御することを特徴とする化合物半導体光素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１の半導体層はＩｎＧａＡｓからなり、前記第２の半導体層はＩｎＰからなり、前記第３の半導体層はＩｎＧａＡｓからなることを特徴とする、請求項１に記載の化合物半導体光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器等の化合物半導体光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体レーザ素子の製造方法に関する技術が記載されている。この製造方法では、メサを絶縁膜により被覆した後に、メサ頂部をドライエッチングにより除去する。そしてコンタクト層を露出させ、その上に電極を形成する。
【０００３】
また、特許文献２には、半導体装置の製造方法に関する技術が記載されている。この製造方法では、ＣＦ系ガスを用いたドライエッチングにより絶縁性樹脂を除去する。ここでＦ系ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）では、Ａｌが当該Ｆ系ガスに晒されるとＡｌＦ３が容易に生成される。そこで、Ｃｌ系ガスによるＲＩＥを継続して行うことにより、当該Ａｌフッ化物をＡｌＣｌ３の形態で昇華させ、Ａｌの表面に生成した不純物を取り除く。
【０００４】
また、特許文献３には、化合物半導体光デバイスを作製する方法に関する技術が記載されている。この方法は、有機シラン系原料及び酸素原料を含む成膜ガスを供給して、誘導結合プラズマ‐化学的気相成長法で、シリコン化合物からなる誘電体マスク膜を化合物半導体領域上に堆積する工程と、誘電体マスク膜にパターンを形成して誘電体マスクを形成する工程と、誘電体マスクを用いて、化合物半導体領域のドライエッチングを行ってメサ形状の化合物半導体領域を形成する工程とを備える。誘電体マスクの厚みは１マイクロメートル以上である。また、ＣＨ４とＨ２との混合ガスを供給して電子サイクロトロン共鳴型反応性イオンエッチング（ＥＣＲ‐ＲＩＥ）により半導体層をエッチングする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４‐１０４０７３号公報
【特許文献２】特開２０１０‐１６２３３号公報
【特許文献３】特開２００７‐２０８１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した技術では、ドライエッチングによりメサ上の絶縁膜を除去した後に、コンタクト層上に電極を形成している。このドライエッチングにより、ダメージを受けた部分がコンタクト層表面に形成される。そのダメージを受けた部分には結晶欠陥が形成されているために、デバイス特性上及び信頼性上問題となる。そのため、ダメージを受けたコンタクト層表面の部分を、ウエットエッチングや塩素系ドライエッチングにより除去する方法が考えられている。
【０００７】
しかし、ウエットエッチングでは、エッチングレートのばらつきが大きいために、エッチング深さ等の制御が困難である。そのために、エッチング後のコンタクト層の厚さが素子毎に不均一となる。また、ウエットエッチングでは、サイドエッチングが進行し、絶縁膜の界面から下方のメサ側面がエッチングされることもある。一方、塩素系ドライエッチングでも、エッチングレートのばらつきが大きい。しかも、塩素系ドライエッチングにおけるエッチングレートが絶縁膜の開口幅に影響されるため、エッチング深さを正確に制御することはさらに困難である。
【０００８】
本発明は、上述した問題を鑑みてなされたものであり、良好なエッチングの制御性を提供できる化合物半導体光素子の製造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】
【０００９】
上述した問題を解決するために、本発明による化合物半導体光素子の製造方法は、III−Ｖ族化合物半導体からなる半導体基板上にＧａを構成原子として含む第１の半導体層を形成し、第１の半導体層上にＧａを構成原子として含まない第２の半導体層を形成し、第２の半導体層上にＧａを構成原子として含む第３の半導体層を形成する半導体層形成工程と、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、第３の半導体層及び第２の半導体層を連続してエッチングするエッチング工程と、を含み、エッチング工程では、Ｇａの発光プラズマの波長成分の有無を確認することにより、ドライエッチングを停止するタイミングを制御することを特徴とする。
【００１０】
この方法によれば、Ｇａを構成原子として含む第３の半導体層を除去しているときには、Ｇａの発光プラズマの波長成分である８５０ナノメートルの信号成分が確認され、Ｇａを構成原子として含まない第２の半導体層を除去しているときには８５０ナノメートルの信号成分が確認されない。このＧａの発光プラズマの波長成分の有無を確認することにより、ドライエッチングを停止するタイミングを精度良く制御することが可能となり、良好なエッチングの制御性を提供できる。
【００１１】
また、第１の半導体層はＩｎＧａＡｓからなり、第２の半導体層はＩｎＰからなり、第３の半導体層はＩｎＧａＡｓからなっていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、良好なエッチングの制御性を提供できる化合物半導体光素子の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】化合物半導体光素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】図２（ａ）は化合物半導体光素子の製造方法の一工程を示す断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の次工程を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は図２（ｂ）の次工程を示す断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の次工程を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は図３（ｂ）の次工程を示す断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の次工程を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）は図４（ｂ）の次工程を示す断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の次工程を示す断面図である。
【図６】図６は図５（ｂ）の次工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明による化合物半導体光素子の製造方法の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本発明の製造方法により製造される化合物半導体光素子には、例えば半導体レーザ素子や光変調器がある。
【００１５】
本実施形態に係る化合物半導体光素子の製造方法について、図１〜６を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る化合物半導体光素子の製造方法を示すフローチャートである。また、図２〜６は、本実施形態に係る化合物半導体光素子の製造方法の一工程を示す断面図である。
（半導体層形成工程）
【００１６】
まず、図２（ａ）に示されるように、複数の半導体層を形成するための半導体基板１０１を準備する。半導体基板１０１には、例えばIII‐V族化合物半導体であるｎ型ＩｎＰ基板が用いられる。次に、半導体基板１０１上に下クラッド層１０２、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を含む活性層１０３、上クラッド層１０４、コンタクト層１０５、エッチングモニタ層１０６、及びカバー層１０７を順次形成する（Ｓ１１）。この製造方法において、各半導体層は、例えば有機金属気相成長装置（ＯＭＶＰＥ）により形成される。
【００１７】
ここで、下クラッド層１０２には、例えば厚さ０．３マイクロメートルのｎ型ＩｎＰ層が用いられ、活性層１０３には、例えばＡｌＧａＩｎＡｓ及びＡｌＩｎＡｓからなる厚さ０．３マイクロメートルの半導体層が用いられ、上クラッド層１０４には、例えば厚さ０．３マイクロメートルのｐ型ＩｎＰ層が用いられる。さらに、コンタクト層１０５には、例えば厚さ０．２マイクロメートルのｐ型ＩｎＧａＡｓ層が用いられ、エッチングモニタ層１０６には、例えば厚さ０．１マイクロメートルのｐ型ＩｎＰが用いられ、カバー層１０７には、例えば厚さ０．２マイクロメートルのｐ型ＩｎＧａＡｓ層が用いられる。なお、コンタクト層１０５は第１の半導体層に相当し、エッチングモニタ層１０６は第２の半導体層に相当し、カバー層１０７は第３の半導体層に相当する。
【００１８】
次に、図２（ｂ）に示されるように、化学気相成長（ＣＶＤ）装置を用いて、第１の絶縁膜１０８を形成する（Ｓ１３）。この第１の絶縁膜１０８には、例えばＳｉＮ膜、ＳｉＯ２膜、及びＳｉＯＮ膜が用いられる。また、第１の絶縁膜１０８の厚さは、例えば０．３マイクロメートルである。そして、フォトリソグラフィにより、フォトレジスト１０９を形成する。このフォトレジスト１０９は、メサの平面形状に応じたパターン形状を有している。また、フォトレジスト１０９の厚さは、例えば０．５マイクロメートルである。
【００１９】
次に、図３（ａ）に示されるように、ＣＦ４ガスを用いたドライエッチングにより、第１の絶縁膜１０８の一部を除去する（Ｓ１５）。このエッチングは、エッチングレートが例えば毎分０．１マイクロメートルに設定され、カバー層１０７が露出するまで行われる。また、エッチング時間はおよそ３分である。そして、有機溶剤を用いてフォトレジスト１０９を除去すると、図３（ｂ）に示されるように、メサの平面形状にパターニングされた第１の絶縁膜１０８を得る。
【００２０】
次に、図４（ａ）に示されるように、第１の絶縁膜１０８をマスクとして、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、メサ５１を形成する（Ｓ１７）。このエッチングは、エッチングレートが例えば毎分０．１マイクロメートルに設定され、半導体基板１０１が露出したところで停止される。このメサ５１の高さは、例えば１．４マイクロメートルである。なお、図４（ａ）は、半導体基板１０１と下クラッド層１０２との界面においてエッチングを停止した様子を示しているが、オーバーエッチングにより半導体基板１０１内までメサ５１が形成されてもよい。
【００２１】
次に、ＣＦ４ガスを用いたドライエッチングにより、第１の絶縁膜１０８を除去する（Ｓ１８）。そして、図４（ｂ）に示されるように、ＣＶＤ装置を用いて、第２の絶縁膜１１０をカバー層１０７上及びメサ５１の側面に形成する（Ｓ２１）。ここで、第２の絶縁膜１１０には、例えばＳｉＮ膜、ＳｉＯ２膜、及びＳｉＯＮ膜が用いられる。また、第２の絶縁膜１１０の厚さは、例えば０．３マイクロメートルである。
【００２２】
次に、図５（ａ）に示されるように、フォトリソグラフィにより、レジストパターン１１１を、第２の絶縁膜１１０上に形成する。このレジストパターン１１１のメサ５１上の部分には、開口部５２が形成されている。また、レジストパターン１１１の厚さは、例えば０．５マイクロメートルである。そして、レジストパターン１１１をマスクとして、ＣＦ４ガスを用いたドライエッチングにより、メサ５１上の第２の絶縁膜１１０の一部を除去する（Ｓ２３）。このエッチングでは、エッチングレートが例えば毎分０．１マイクロメートルに設定される。また、エッチング時間はおよそ５分である。
（エッチング工程）
【００２３】
次に、有機溶剤を用いてレジストパターン１１１を除去する。そして、図５（ｂ）に示されるように、第２の絶縁膜１１０をマスクとして、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、カバー層１０７、エッチングモニタ層１０６、及びコンタクト層１０５の一部を連続して除去する（Ｓ２５）。このエッチングでは、エッチングレートが例えば毎分０．１マイクロメートルに設定される。また、エッチング時間はおよそ３分である。
【００２４】
このエッチングを行っている間、発光プラズマをモニタする装置（図示せず）を使用し、Ｇａの波長成分（波長８５０ナノメートル）をモニタする。まず、カバー層１０７にはｐ型ＩｎＧａＡｓ層が用いられているために、カバー層１０７を除去している間はＧａの波長成分の信号を確認できる。次に、エッチングモニタ層１０６にはｐ型ＩｎＰ層が用いられているため、エッチングモニタ層１０６を除去している間はＧａの波長成分の信号が消える。そして、コンタクト層１０５にはｐ型ＩｎＧａＡｓ層が用いられているため、コンタクト層１０５が露出すると、Ｇａの波長成分の信号を再び確認できる。Ｇａの波長成分の信号が一旦消失し、再び現れたときが、エッチングがコンタクト層１０５に達したときである。そこで、Ｇａの波長成分の信号が再び現れたときに、エッチングを停止する。
【００２５】
次に、図６に示されるように、蒸着により、ｐ電極１１２を第２の絶縁膜１１０上に形成する。このｐ電極１１２は、例えば厚さ０．１マイクロメートルのＡｕＺｎ／Ａｕ合金からなる。そして、半導体基板１０１の裏面を研磨し、ｎ電極１１３を形成する。このｎ電極１１３は、例えば厚さ０．１マイクロメートルのＡｕＧｅ／Ｎｉ合金からなる。
【００２６】
以上の工程により化合物半導体光素子１が完成する。また、上述した工程は、メサ５１の両側を樹脂で埋め込む構造を有する化合物半導体光素子の製造にも適用できる。
【００２７】
次に、本実施形態に係る化合物半導体光素子の製造方法の効果について説明する。本実施形態により製造される化合物半導体光素子１は、Ｇａを構成原子として含む第１の半導体層であるコンタクト層１０５と、第２の絶縁膜１１０との間に、Ｇａを構成原子として含まない第２の半導体層であるエッチングモニタ層１０６、及びＧａを構成原子として含む第３の半導体層であるカバー層１０７を有している。このため、ドライエッチングが行われている際に発生する発光プラズマの波長成分を確認すると、カバー層１０７を除去しているときには、Ｇａの発光プラズマの波長成分が確認される。そして、エッチングモニタ層１０６を除去しているときにはＧａの発光プラズマの波長成分が確認されない。このＧａの発光プラズマの波長成分の有無を確認することにより、カバー層１０７及びエッチングモニタ層１０６の順に進行するドライエッチングがどの深さまで進行したかを、精度良く知ることができる。これにより、ドライエッチングの界面がコンタクト層１０５に到達したことを精度良く検知することが可能となる。従って、本実施形態に係る化合物半導体光素子の製造方法によれば、良好なエッチングの制御性を提供することができる。
【００２８】
また、ダメージ層が形成されたカバー層１０７を除去する際のドライエッチング（Ｓ２５）において、ドライエッチング（Ｓ２５）を停止するタイミングを精度良く制御することができる。従って、コンタクト層１０５の残り厚を精度良く制御することが可能となるため、素子毎の特性のばらつきを抑制することができる。
【００２９】
さらに、コンタクト層１０５のオーバーエッチングに起因する素子抵抗の増大を防ぐことが可能となるため、化合物半導体光素子１の素子特性及び信頼性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１…化合物半導体光素子、１０１…半導体基板、１０５…コンタクト層、１０６…エッチングモニタ層、１０７…カバー層、Ｓ１１…半導体層形成工程、Ｓ２５…エッチング工程。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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