(57)【要約】【課題】有機シラン系原料を用いた厚膜の誘電体膜をマスクとして用いる場合であっても、多層半導体層の最表層における変質物の残留を抑止することができる半導体光素子の製造方法を提供する。【解決手段】マスクとして用いた厚膜の誘電体膜７を除去した後、塩酸系エッチャントを用いて第２のキャップ層６を選択エッチングする。このとき、第２のキャップ層６の表面に存在する変質物Ｄがマスクとして機能し、エッチングレートの低い結晶面が露出したところで第２のキャップ層６のエッチングが止まってしまうことが生じ得る。そこで、塩酸系エッチャントによるエッチングに引き続き、リン酸系エッチャントを用いて、第１のキャップ層５を選択エッチングすることにより、第１のキャップ層５に残留する第２のキャップ層６の一部と変質物Ｄとを、第１のキャップ層５と共にクラッド層４の表面から除去する。【選択図】図５
2009004634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成した多層半導体層の最表層に、当該最表層をエッチングしない第１のエッチャントによってエッチング可能であり、かつ第１のエッチャントとは異なる第２のエッチャントによってはエッチングされない半導体材料からなる第１のキャップ層を形成する工程と、
前記第１のキャップ層上に、第２のエッチャントによってエッチング可能な半導体材料からなる第２のキャップ層を形成する工程と、
前記第２のキャップ層上に、有機シラン系原料を含む成膜ガスを供給して行う誘導結合プラズマ気相成長法により、シリコン酸化物からなる誘電体膜を所定温度以下で成膜した後、前記誘電体膜にパターンを形成する工程と、
前記誘電体膜をマスクとして前記多層半導体層をエッチングし、半導体メサ部を形成する工程と、
有機金属気相成長法により、前記所定温度よりも高い温度下で前記半導体メサ部の側部を覆う埋込層を形成する工程と、
前記誘電体膜を除去した後、前記第２のエッチャントによって前記第２のキャップ層をエッチングする工程と、
前記第２のキャップ層のエッチングの後、前記第１のエッチャントによって前記第１のキャップ層をエッチングする工程とを備えたことを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【請求項２】
前記最表層、前記第１のキャップ層、及び前記第２のキャップ層は、それぞれＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＩｎＰからなり、
前記第１のエッチャント及び前記第２のエッチャントとして、それぞれ塩酸系エッチャント及びリン酸系エッチャントを用いることを特徴とする請求項１記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項３】
前記最表層、前記第１のキャップ層、及び前記第２のキャップ層は、それぞれＧａＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓからなり、
前記第１のエッチャント及び前記第２のエッチャントとして、それぞれリン酸系エッチャント及び塩酸系エッチャントを用いることを特徴とする請求項１記載の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、半導体光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体光素子の製造方法として、例えば特許文献１に記載の半導体レーザの製造方法がある。この従来の半導体レーザの製造方法では、メサ構造の埋め込みに用いる埋込層の成長条件を規定することにより、メサ構造を構成する多層半導体層における不純物の拡散防止を図っている。
【特許文献１】特開平８−７８７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したような従来の半導体レーザの製造方法では、メサ構造の形成にあたって、多層半導体層上にＳｉＯ２膜をパターン形成し、このＳｉＯ２膜をマスクとして半導体層のエッチングを行っている。ＳｉＯ２膜の原料として有機シラン系の化合物を用いると、ＳｉＯ２膜の厚膜化を図ることが可能となる。
【０００４】
ここで、本願発明者らは、鋭意研究を重ねる過程で、ＳｉＯ２膜の原料として有機シラン系の化合物を用いた場合に、その成膜温度（例えば２５０℃以下）によっては、多層半導体層の最表層とＳｉＯ２膜との界面付近に未反応のカーボンが残留する可能性があるという技術的課題を見出した。このような未反応のカーボンを残したまま製造工程を継続すると、埋込層を成長させるための再昇温時に未反応のカーボンが最表層と反応して変質物が形成され、半導体光素子の素子特性や信頼性の低下を招くおそれがある。
【０００５】
これに対し、多層半導体層の最表層とＳｉＯ２膜との間にキャップ層を挿入し、埋込層の形成の後、変質物とキャップ層とをエッチングによって同時に除去する手法が考えられる。しかしながら、この方法においても、キャップ層上に形成された変質物がマスクとして機能し、キャップ層においてエッチングレートの低い結晶面が露出したところでエッチングが止まってしまうため、結局のところ、変質物とキャップ層とを多層半導体層の最表層から除去することが困難であった。
【０００６】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、有機シラン系原料を用いた厚膜の誘電体膜をマスクとして用いる場合であっても、多層半導体層の最表層における変質物の残留を抑止することができる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】
【０００７】
上記課題の解決のため、本発明に係る半導体光素子の製造方法は、半導体基板上に形成した多層半導体層の最表層に、当該最表層をエッチングしない第１のエッチャントによってエッチング可能であり、かつ第１のエッチャントとは異なる第２のエッチャントによってはエッチングされない半導体材料からなる第１のキャップ層を形成する工程と、第１のキャップ層上に、第２のエッチャントによってエッチング可能な半導体材料からなる第２のキャップ層を形成する工程と、第２のキャップ層上に、有機シラン系原料を含む成膜ガスを供給して行う誘導結合プラズマ気相成長法により、シリコン酸化物からなる誘電体膜を所定温度以下で成膜した後、誘電体膜にパターンを形成する工程と、誘電体膜をマスクとして多層半導体層をエッチングし、半導体メサ部を形成する工程と、所定温度よりも高い温度下で、半導体メサ部の側部を覆う埋込層を形成する工程と、誘電体膜を除去した後、第２のエッチャントによって第２のキャップ層をエッチングする工程と、第２のキャップ層のエッチングの後、第１のエッチャントによって第１のキャップ層をエッチングする工程とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
この半導体光素子の製造方法では、有機シラン系原料を含む成膜ガスを供給して行う誘導結合プラズマ気相成長法によって成長させた誘電体膜をパターン形成し、これをマスクとして用いて半導体メサ部を形成する。その後、埋込層を形成し、誘電体膜を除去した後、まず第２のエッチャントによって第２のキャップ層をエッチングする。ここで、誘電体膜の成膜の際に第２のキャップ層と誘電体膜との界面付近に未反応のカーボンが残留し、埋込層の成長の際に未反応のカーボンが第２のキャップ層と反応して変質物が形成される場合がある。この場合、当該変質物がマスクとして機能し、第２のキャップ層においてエッチングレートの低い結晶面が露出したところでエッチングが止まってしまうことが考えられる。これに対し、この半導体光素子の製造方法では、第２のキャップ層のエッチングに引き続き、第２のエッチャントと異なる第１のエッチャントによって第１のキャップ層をエッチングする。これにより、第１のキャップ層に残留する第２のキャップ層と変質物とが第１のキャップ層と共に多層半導体層の最表層から除去されることとなる。したがって、多層半導体層の最表層における変質物の残留が抑止され、半導体光素子の素子特性及び信頼性の向上を実現できる。
【０００９】
また、最表層、第１のキャップ層、及び第２のキャップ層は、それぞれＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＩｎＰからなり、第１のエッチャント及び第２のエッチャントとして、それぞれ塩酸系エッチャント及びリン酸系エッチャントを用いることが好ましい。この場合、多層半導体層の最表層がＩｎＰ層である場合に、ＩｎＰ層における変質物の残留を適切に抑止することができる。
【００１０】
また、最表層、第１のキャップ層、及び第２のキャップ層は、それぞれＧａＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓからなり、第１のエッチャント及び第２のエッチャントとして、それぞれリン酸系エッチャント及び塩酸系エッチャントを用いることが好ましい。この場合、多層半導体層の最表層がＧａＩｎＡｓである場合に、ＧａＩｎＡｓ層における変質物の残留を適切に抑止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る半導体光素子の製造方法によれば、有機シラン系原料を用いた厚膜の誘電体膜をマスクとして用いる場合であっても、多層半導体層の最表層における変質物の残留を抑止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る半導体光素子の製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
図１〜図３は、本発明の第１実施形態に係る半導体光素子の製造工程を示す図である。まず、図１（ａ）に示すように、導電型がｎ型のＩｎＰからなる半導体基板１の一面側に、バッファ層２と、活性層３と、クラッド層４と、第１のキャップ層５と、第２のキャップ層６とを成長炉内で順次エピタキシャル成長させる。各半導体層２〜６のエピタキシャル成長には、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）が用いられる。
【００１４】
バッファ層２は、例えば導電型がｎ型のＩｎＰからなる。バッファ層２の厚さは、例えば０．５μｍとなっている。活性層３は、例えばＧａＩｎＡｓＰからなり、交互に積層された複数のウェルと複数のバリアからなる多重量子井戸構造を有している。活性層３の厚さは、例えば０．３μｍとなっている。クラッド層４は、例えば導電型がｐ型のＩｎＰからなる。クラッド層４の厚さは、例えば０．５μｍとなっている。
【００１５】
第１のキャップ層５は、例えばＧａＩｎＡｓからなる。第１のキャップ層５は、クラッド層４をエッチングしないリン酸系エッチャント（第１のエッチャント）によってエッチング可能な層であり、かつ塩酸系エッチャント（第２のエッチャント）によってはエッチングされない層である。一方、第２のキャップ層６は、例えばＩｎＰからなる。第２のキャップ層６は、上述した塩酸系エッチャントによってエッチング可能な層である。
【００１６】
第１のキャップ層５及び第２のキャップ層６の厚さは、それぞれ例えば０．０５μｍ〜０．２μｍ程度となっており、ウエットエッチングによる容易な選択除去が可能となるように考慮されている。なお、第１のキャップ層５の半導体材料は、ＧａＩｎＡｓＰであってもよい。
【００１７】
各半導体層２〜６を形成した後、図１（ｂ）に示すように、第２のキャップ層６の表面に、例えばＳｉＯ２からなる誘電体膜７をパターン形成する。誘電体膜７の形成にあたっては、まず、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）といった有機シラン系の原料、及び酸素原料を含むガスを供給して行う誘導結合プラズマ気相成長法によって、第２のキャップ層６の表面全面に厚さ１μｍ程度のＳｉＯ２層を形成する。ＳｉＯ２層の成膜温度は、例えば約２５０℃である。
【００１８】
次に、例えばフォトリソグラフィーにより、ＳｉＯ２層を幅０．８μｍ〜１．５μｍ程度のストライプ状に形成し、誘電体膜７を得る。誘電体膜７を形成した後、このストライプ状の誘電体膜７をマスクとして、例えばＳｉＣｌ４などのガスを用いたドライエッチングを行うことにより、図１（ｃ）に示すように、半導体メサ部１０を形成する。半導体メサ部１０を形成した後、所定のウエットエッチングにより、ドライエッチング時に形成された変性層を除去する。
【００１９】
変性層の除去の後、例えばＭＯＣＶＤ法により、図２（ａ）に示すように、半導体メサ部１０の側部を覆うように、導電型がｐ型のＩｎＰからなる埋込層１１を形成する。さらに、埋込層１１上に、導電型がｎ型のＩｎＰからなる埋込層１２を形成する。埋込層１２の上面は、半導体メサ部１０の上面とほぼ同じ高さになるように形成し、これにより、半導体メサ部１０の埋め込みが実現される。埋込層１１，１２を形成する際の成長炉の温度は、例えば約６００℃である。
【００２０】
埋込層１１，１２を形成した後、図２（ｂ）に示すように、誘電体膜７、第２のキャップ層６、及び第１のキャップ層５をエッチングによって順次除去し、埋込層１２，１２の間にクラッド層４を露出させる。また、例えばＭＯＣＶＤ法により、図３（ａ）に示すように、クラッド層４の表面及び埋込層１２の表面に、導電型がｐ型のＩｎＰからなるクラッド層１３を形成し、クラッド層１３の表面に、導電型がｐ型のＧａＩｎＡｓからなるコンタクト層１４を形成する。クラッド層１３の厚さは、例えば１．５μｍとなっており、コンタクト層１４の厚さは、例えば０．５μｍとなっている。
【００２１】
次に、コンタクト層１４の表面に、例えばＳｉＯ２からなる絶縁層１５を形成する。また、この絶縁層１５の表面に、所定のレジスト層（図示せず）を形成する。そして、このレジスト層をマスクとしたフォトリソグラフィーにより、絶縁層１５に幅５μｍ程度のストライプ状の開口部１５ａを形成し、コンタクト層１４の表面を絶縁層１５から露出させる。その後、開口部１５ａを覆うようにストライプ状の表面電極１６を形成すると共に、半導体基板１の他面側に裏面電極１７を形成すると、図３（ｂ）に示すように、半導体光素子Ｌ１が完成する。
【００２２】
続いて、上述した製造工程のうち、誘電体膜７、第２のキャップ層６、及び第１のキャップ層５をエッチングによって除去する工程について、図４及び図５を参照しながら更に詳細に説明する。図４及び図５は、当該工程における各半導体層の状態を示す概要図である。
【００２３】
誘導結合プラズマ気相成長法を用いて有機シラン系の原料から誘電体膜７を成膜する際、第２のキャップ層６と誘電体膜７との界面付近に未反応のカーボンが残留することがある。このような未反応のカーボンが存在すると、埋込層１１，１２を成長させる際の再昇温によって未反応のカーボンと第２のキャップ層６とが反応し、図４（ａ）に示すように、第２のキャップ層６の表面に変質物Ｄが形成される場合がある。
【００２４】
これに対し、本実施形態では、まず、フッ酸系エッチャント（ＨＦ：Ｈ２Ｏ＝１：１）を用いて、図４（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２からなる誘電体膜７を除去する。次に、塩酸系エッチャント（ＨＣＬ：Ｈ２Ｏ＝１：１）を用いて第２のキャップ層６を選択エッチングする。この第２のキャップ層６のエッチングにあたり、第２のキャップ層６の表面に存在する変質物Ｄがマスクとして機能し、エッチングレートの低い結晶面が露出したところで第２のキャップ層６のエッチングが止まってしまうことが生じ得る。この場合、図５（ａ）に示すように、第１のキャップ層５の表面には、変質物Ｄと、変質物Ｄのもとでエッチングされなかった第２のキャップ層６の一部とが、例えば錐状に残留する。
【００２５】
そこで、塩酸系エッチャントによるエッチングに引き続き、リン酸系エッチャント（Ｈ３ＰＯ４：Ｈ２Ｏ２＝５：１）を用いて、第１のキャップ層５を選択エッチングする。この第１のキャップ層５のエッチングにより、図５（ｂ）に示すように、第１のキャップ層５に残留する第２のキャップ層６の一部と変質物Ｄとが、第１のキャップ層５と共にクラッド層４の表面から除去されることとなる。
【００２６】
このように、この半導体光素子の製造方法では、有機シラン系原料を用いた厚膜の誘電体膜７をマスクとして用いる場合であっても、多層半導体構造の再表層であるクラッド層４の表面における変質物Ｄの残留が抑止され、半導体光素子Ｌ１の素子特性及び信頼性の向上を実現できる。また、変質物Ｄの残留を抑止できることで、誘電体膜７を成膜する際の成膜温度のプロセスマージンを確保できるので、再現性に優れた半導体光素子Ｌ１の製造が可能となる。
【００２７】
［第２実施形態］
続いて、本発明の第２実施形態に係る半導体光素子の製造方法について説明する。
【００２８】
図６〜図７は、本発明の第２実施形態に係る半導体光素子の製造工程を示す図である。まず、図６（ａ）に示すように、導電型がｎ型のＩｎＰからなる半導体基板２１の一面側に、バッファ層２２と、活性層２３と、クラッド層２４と、コンタクト層２５と、第１のキャップ層２６と、第２のキャップ層２７とを成長炉内で順次エピタキシャル成長させる。各半導体層２２〜２７のエピタキシャル成長には、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）が用いられる。
【００２９】
バッファ層２２及び活性層２３の組成及び厚さは、第１実施形態におけるバッファ層２及び活性層３と同様である。導電型がｐ型のＩｎＰからなるクラッド層２４の厚さは、クラッド層４の厚さよりも大きく、約２．０μｍとなっている。コンタクト層２５は、例えば導電型がｐ型のＧａＩｎＡｓからなる。コンタクト層２５の厚さは、約０．２μｍとなっている。
【００３０】
第１のキャップ層２６は、例えばＩｎＰからなる。第１のキャップ層２６は、コンタクト層２５をエッチングしない塩酸系エッチャント（第１のエッチャント）によってエッチング可能な層であり、かつリン酸系エッチャント（第２のエッチャント）によってはエッチングされない層である。一方、第２のキャップ層２７は、例えばＧａＩｎＡｓからなる。第２のキャップ層２７は、上述したリン酸系エッチャントによってエッチング可能な層である。
【００３１】
第１のキャップ層２６及び第２のキャップ層２７の厚さは、それぞれ例えば０．０５μｍ〜０．２μｍ程度となっており、ウエットエッチングによる容易な選択除去が可能となるように考慮されている。なお、第２のキャップ層２７の半導体材料は、ＧａＩｎＡｓＰであってもよい。
【００３２】
各半導体層２２〜２７を形成した後、第２のキャップ層２７の表面に、例えばＳｉＯ２からなる誘電体膜２８をパターン形成する。誘電体膜２８の形成にあたっては、第１実施形態と同様に、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）といった有機シラン系の原料、及び酸素原料を含むガスを供給して行う誘導結合プラズマ気相成長法によって、第２のキャップ層２７の表面全面に厚さ１μｍ程度のＳｉＯ２層を形成する。ＳｉＯ２層の成膜温度は、例えば約２５０℃である。
【００３３】
次に、例えばフォトリソグラフィーにより、ＳｉＯ２層を幅０．８μｍ〜１．５μｍ程度のストライプ状に形成し、誘電体膜２８を得る。誘電体膜２８を形成した後、このストライプ状の誘電体膜２８をマスクとして、例えばＳｉＣｌ４などのガスを用いたドライエッチングを行うことにより、図６（ｂ）に示すように、半導体メサ部３０を形成する。半導体メサ部３０を形成した後、所定のウエットエッチングにより、ドライエッチング時に形成された変性層を除去する。
【００３４】
変性層の除去の後、例えばＭＯＣＶＤ法により、図６（ｃ）に示すように、半導体メサ部３０の側部を覆うように、ＦｅドープのＩｎＰからなる半絶縁性の埋込層３１を形成する。埋込層３１の上面は、半導体メサ部３０の上面とほぼ同じ高さになるように形成し、これにより、半導体メサ部３０の埋め込みが実現される。埋込層３１を形成する際の成長炉の温度は、例えば約６００℃である。
【００３５】
埋込層３１を形成した後、図７（ａ）に示すように、誘電体膜２８、第２のキャップ層２７、及び第１のキャップ層２６をエッチングによって順次除去し、埋込層３１の間にコンタクト層２５を露出させる。次に、コンタクト層２５及び埋込層３１の表面に、例えばＳｉＯ２からなる絶縁層３２を形成する。また、この絶縁層３２の表面に、所定のレジスト層（図示せず）を形成する。
【００３６】
そして、このレジスト層をマスクとしたフォトリソグラフィーにより、絶縁層３２に幅５μｍ程度のストライプ状の開口部３２ａを形成し、コンタクト層２５の表面を絶縁層３２から露出させる。その後、開口部３２ａを覆うようにストライプ状の表面電極３３を形成すると共に、半導体基板１の他面側に裏面電極３４を形成すると、図７（ｂ）に示すように、半導体光素子Ｌ２が完成する。
【００３７】
続いて、上述した製造工程のうち、誘電体膜２８、第２のキャップ層２７、及び第１のキャップ層２６をエッチングによって除去する工程について、図８及び図９を参照しながら更に詳細に説明する。図８及び図９は、当該工程における各半導体層の状態を示す概要図である。
【００３８】
第１実施形態と同様に、誘導結合プラズマ気相成長法を用いて有機シラン系の原料から誘電体膜２８を成膜する際、第２のキャップ層２７と誘電体膜２８との界面付近に未反応のカーボンが残留することがある。このような未反応のカーボンが存在すると、埋込層３１を成長させる際の再昇温によって未反応のカーボンと第２のキャップ層２７とが反応し、図８（ａ）に示すように、第２のキャップ層２７の表面に変質物Ｄが形成される場合がある。
【００３９】
これに対し、本実施形態では、まず、フッ酸系エッチャント（ＨＦ：Ｈ２Ｏ＝１：１）を用いて、図８（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２からなる誘電体膜２８を除去する。次に、リン酸系エッチャント（Ｈ３ＰＯ４：Ｈ２Ｏ２＝５：１）を用いて第２のキャップ層２７を選択エッチングする。この第２のキャップ層２７のエッチングにあたり、第２のキャップ層２７の表面に存在する変質物Ｄがマスクとして機能し、エッチングレートの低い結晶面が露出したところで第２のキャップ層２７のエッチングが止まってしまうことが生じ得る。この場合、図９（ａ）に示すように、第１のキャップ層２６の表面には、変質物Ｄと、変質物Ｄのもとでエッチングされなかった第２のキャップ層２７の一部とが、例えば錐状に残留する。
【００４０】
そこで、リン酸系エッチャントによるエッチングに引き続き、塩酸系エッチャント（ＨＣＬ：Ｈ２Ｏ＝１：１）を用いて、第１のキャップ層２６を選択エッチングする。この第１のキャップ層２６のエッチングにより、図９（ｂ）に示すように、第１のキャップ層２６に残留する第２のキャップ層２７の一部と変質物Ｄとが、第１のキャップ層２６と共にコンタクト層２５の表面から除去されることとなる。
【００４１】
このように、この半導体光素子の製造方法では、有機シラン系原料を用いた厚膜の誘電体膜２８をマスクとして用いる場合であっても、多層半導体構造の再表層であるコンタクト層２５の表面における変質物Ｄの残留が抑止され、半導体光素子Ｌ２の素子特性及び信頼性の向上を実現できる。また、変質物Ｄの残留を抑止できることで、誘電体膜２８を成膜する際の成膜温度のプロセスマージンを確保できるので、再現性に優れた半導体光素子Ｌ２の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体光素子の製造工程を示す図である。
【図２】図１の後続の工程を示す図である。
【図３】図２の後続の工程を示す図である。
【図４】第１実施形態において、誘電体膜、第２のキャップ層、及び第１のキャップ層を除去する工程における各半導体層の状態を示す概要図である。
【図５】図４の後続の工程を示す概要図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る半導体光素子の製造工程を示す図である。
【図７】図６の後続の工程を示す図である。
【図８】第２実施形態において、誘電体膜、第２のキャップ層、及び第１のキャップ層を除去する工程における各半導体層の状態を示す概要図である。
【図９】図８の後続の工程を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，２１…半導体基板、４，…クラッド層（最表層）、５，２６…第１のキャップ層、６，２７…第２のキャップ層、７，２８…誘電体膜、１０，３０…半導体メサ部、１１，１２，３１…埋込層、２５…コンタクト層（最表層）、Ｌ１，Ｌ２…半導体光素子。
【図１】
2009004634.tif 000003
【図２】
2009004634.tif 000004
【図３】
2009004634.tif 000005
【図４】
2009004634.tif 000006
【図５】
2009004634.tif 000007
【図６】
2009004634.tif 000008
【図７】
2009004634.tif 000009
【図８】
2009004634.tif 000010
【図９】
2009004634.tif 000011