JP4537549B2 - Method for manufacturing compound semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は化合物半導体装置の製造方法に関するものであり、特に、半導体レーザやHEMT(高電子移動度トランジスタ)等の化合物半導体装置を構成するInPやGaAs等の化合物半導体表面をドライ・エッチングした際のエッチング反応生成物の除去工程に特徴のある化合物半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より化合物半導体装置の製造においては、化合物半導体装置の構造や用途によらず、多くの場合に化合物半導体層の微細加工が必要となる。
この様な微細加工技術としては、半導体表面に誘電体マスクを形成するフォトリソグラフィー技術と、誘電体マスクに覆われていない部分の半導体層を除去するドライ・エッチング技術との組合せが一般的に用いられている。
【0003】
ドライ・エッチング技術には、設計通りの形状に加工することや、エッチングによるダメージを小さく抑えることが要求されるが、近年、この様な要求に応える技術として、原料ガスとしてSiCl4 を用いたドライ・エッチングがGaAsやInP等のIII-V族化合物半導体に対して用いられている。
【0004】
この内、GaAsに対しては、AlGaAsに対する選択性と、垂直異方性形状を両立するために、SiCl4 とSF6 の混合ガスを用いたドライ・エッチングが行われており、良好な結果が得られることが報告されている(Applied Physics Letters,Vol.51,No.14,p.1083−1085,1987参照)。
【0005】
また、InPに対しても、SiCl4 を含むガス系によりInPの平滑なエッチングが、低い基板バイアス電圧でなされ、したがって、エッチングダメージを低減することが可能であるとともに、エッチング側面の形状が垂直に近くなることが報告されている(第59回応用物理学会学術講演会,講演予稿集,No.3,p.1176,「SiCl4 /Ar誘導結合型プラズマ(ICP)によるInPのドライエッチング」,1998参照)。
【0006】
ここで、図7及び図8を参照して、InP系半導体に対する微細加工の一例である、従来の半導体レーザの製造工程を説明する。
図7(a)参照
まず、n型InP基板31上に、MOVPE法(有機金属気相成長法)を用いて、InGaAsPMQW活性層32、及び、p型InPクラッド層33を順次成長させたのち、全面にSiO2 膜を堆積させ、次いで、通常のフォトエッチングを施すことによってストライプ状のSiO2 マスク34を形成する。
【0007】
図7(b)参照
次いで、このSiO2 マスク34をエッチングマスクとしてSiCl4 とArからなるエッチングガス35を用いた反応性イオンエッチング(RIE)を施すことによって、n型InP基板31に達するまでエッチングしてストライプ状メサ36を形成する。
【0008】
図8(c)参照
次いで、このSiO2 マスク34を選択成長マスクとしてそのまま用いて、再び、MOVPE法によってストライプ状メサ36の側面にp型InP埋込層37及びn型InP電流ブロック層38を順次選択的に成長させて、ストライプ状メサ36をpn逆バイアス接合によって埋め込んで電流狭窄構造を形成する。
【0009】
図8(d)参照
次いで、SiO2 マスク34をフッ酸溶液を用いて除去したのち、再び、MOVPE法によって全面にp型InPクラッド層39及びp型InGaAsコンタクト層40を順次堆積させ、最後に、p型InGaAsコンタクト層40にp側電極(図示を省略)するとともに、n型InP基板31の裏面にn側電極(図示を省略)することによって、半導体レーザの基本構造が完成する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この様なSiCl4 を用いたドライ・エッチング工程においては、エッチング後の半導体表面にSi系の化合物からなるエッチング反応生成物が除去困難なエッチング残渣として残存するという問題があるので、図9を参照してこの事情を説明する。
【0011】
図9参照
図9は、SiCl4 を用いたストライプ状のメサエッチングを行ったのち、酸溶液で表面処理し、次いで、埋込層を成長させたものを試料とし、この試料の表面をエッチングしながらSIMS(二次イオン質量分析器)を用いて露出表面の不純物濃度を測定した場合のSiとOの含有量を示したものであり、図における深さが0μmの位置がエッチング加工表面を示している。
【0012】
図から明らかなように、メサエッチングしたのち酸処理をしても、エッチング加工表面に残留するSiとOの濃度は、夫々5×1019cm-3、1×1020cm-3であり、非常に高濃度で残留していることが理解される。
【0013】
この様にエッチング加工表面に、エッチング反応生成物からなるエッチング残渣が存在した場合、その後の素子作製工程や出来上がった素子の動作に悪影響を与える。
【0014】
即ち、従来の半導体レーザにおいては、n型InP基板31とp型InP埋込層37との間にpn接合が形成されるが、界面において良好な結晶成長が行わなければ良好な電気的特性を有するpn接合が形成されなくなり、その結果、電流がブロックされずリーク電流が増大し、素子特性が悪化することになる。
【0015】
なお、この様なエッチング残渣に起因する問題を解決するために、GaAs系半導体をドライ・エッチングしたのち、表面にF系ガスによるプラズマを照射して、Si系のエッチング残渣を除去することが提案されている(必要ならば、特開平10−209181号公報参照)。
【0016】
しかし、上記の提案には問題があり、実際の素子の製造工程に適用できないという問題がある。
即ち、第1に、F系のガスは、ウェハ表面に露出しているSiO2 等の半導体以外の材料に対しても大きな化学反応性を有するため、半導体以外の材料がプラズマ処理によって形状が変化してしまい、その結果、最終的に出来上がった素子特性に悪影響を与えるという問題がある。
【0017】
特に、上述の半導体レーザにおいては、ストライプ状メサ36の頂面に存在するSiO2 マスク34を選択成長マスクとしても使用するので、このSiO2 マスク34がCF4 処理においてエッチングされ、以降の選択成長において成長させる素子形状に影響を与えるという問題がある。
【0018】
第2に、F系のガスを製造工場で用いる場合、オゾン層に対する影響を考慮する必要があり、対環境性が問題となる。
【0019】
したがって、本発明は、ドライ・エッチング工程に伴って発生するSi系の化合物からなるエッチング反応生成物を、良好な表面モフォロジーを保った状態で確実に除去することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
ここで、図1を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。なお、図1は本発明の特徴点を示す製造フロー図である。
図1参照
上述の目的を達成するために、本発明においては、SiCl4等のSi原子とCl原子を分子構造に含むガスを少なくとも構成要素とする原料ガスを用いて化合物半導体をドライ・エッチングしたのち、O2+Ar或いはN2+Ar等のO2ガス或いはN2ガスの少なくとも一方を含む原料ガスを用いたプラズマ照射処理を行い、次いで、塩酸を含む溶液等の酸溶液を用いて前記プラズマ照射処理により変質させた前記ドライ・エッチング時の表面生成物を除去することを特徴とする。
【0021】
この様に、O2 +Ar或いはN2 +Ar等のO2 ガス或いはN2 ガスの少なくとも一方を含む原料ガスを用いたプラズマ照射処理を行うことによって、スパッタ効果等のガスの物理的作用によりドライ・エッチングに起因するSi系の化合物からなるエッチング残渣を塩酸を含む溶液等の酸溶液に溶解しやすい形態に変質させるとともに、変質したエッチング残渣をその直下の半導体層から浮かせることができる。
なお、この場合の原料ガスとしては、O2 ガスのみ或いはN2 ガスのみでも良いが、Arガスを混入した場合に比べてスパッタ効果が小さくなる。
【0022】
次いで、酸溶液を用いてエッチング表面を処理することにより表面から浮き、且つ、酸溶液に溶解しやすい形態に変質したエッチング残渣を容易に除去することができる。
また、この酸溶液を用いた表面処理は、ドライ・エッチング工程及びプラズマ照射処理工程に伴って発生する表面ダメージを除去する作用もある。
【0023】
特に、化合物半導体表面を0.05〜0.15μmのシャローエッチングが可能であり、且つ、化合物半導体表面のモフォロジー、化合物半導体層の形状を大きく変化させない酸溶液が好適であり、例えば、HCl+H2 O2 +H2 Oからなる混合溶液等の塩酸を含む酸溶液が好適である。
【0024】
また、本発明は、酸溶液を用いた表面処理工程の後、少なくとも処理表面に結晶再成長を行うこと、特に、半導体レーザの電流ブロック層を含む埋込層を成長させることを特徴とする。
【0025】
この様に、酸溶液を用いた表面処理を行うことによって、少なくとも処理表面に結晶再成長を行った場合、良好な結晶成長を行うことができる。
特に、半導体レーザの電流ブロック層を含む埋込層を成長させた場合、電気的特性に優れたpn接合を形成することができ、それによって埋込層を介して流れるリーク電流を低減することができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
ここで、図2乃至図5を参照して本発明の第1の実施の形態を説明するが、まず、図2乃至図4を参照して本発明の第1の実施の形態の製造工程を説明する。
図2(a)参照
まず、(100)面を主面とするn型InP基板11上に、MOVPE法を用いて、厚さが、例えば、0.35μmのn型InPクラッド層12、InGaAsPMQW活性層13、及び、厚さが、例えば、250nmのp型InPクラッド層14を順次成長させる。
なお、この場合のInGaAsPMQW活性層13は、発光のピーク波長が、例えば、1.3μmになるように構成するものであり、その構造としては、バンドギャップ波長λg が、例えば、1.1μm組成で、厚さが、例えば、10nmのi型InGaAsPバリア層と、バンドギャップ波長λg が、例えば、1.39μm組成で、厚さが、例えば、5nmのi型InGaAs井戸層とを交互に10ペア成長させたものである。
【0027】
次いで、全面に厚さが、例えば、300nmのSiO2 膜を堆積させたのち、通常のレジストパターン(図示せず)を用いたフォトエッチングを施すことによって幅が、例えば、2μmのストライプ状のSiO2 マスク15を形成する。
【0028】
図2(b)参照
次いで、レジストパターンを除去したのち、ICP−RIE(誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング)装置を用い、このSiO2 マスク15をエッチングマスクとしてSiCl4 +Arからなる混合ガス16を用いた反応性イオンエッチングを施すことによって、n型InPクラッド層12に達するまで、例えば、2μmの深さにエッチングしてストライプ状メサ17を形成する。
【0029】
この場合のドライ・エッチング工程の条件は、
原料ガス流;SiCl4 :Ar=10sccm:20sccm
圧力;2Pa
ICPコイル電力;200W(/4500cm3 )
基板バイアス電圧;100W(印加電圧;−300V)
基板温度;180℃
とし、3分間エッチングを行った。
【0030】
図3(c)参照
引き続いて、ICP−RIE装置中のSiCl4 +Arからなる混合ガス16を排気したのち、O2 +Arからなる混合ガスを導入し、電力を供給してプラズマを発生させ、ウェハをプラズマ18中に晒すことによって露出表面にプラズマ18を照射する。
【0031】
この場合のプラズマ照射処理工程の条件は、
原料ガス流;O2 :Ar=50sccm:50sccm
圧力;10Pa
ICPコイル電力;200W(/4500cm3 )
基板バイアス電圧;12W(印加電圧;−70V)
基板温度;100℃
とし、5分間のプラズマ照射処理を行った。
【0032】
このプラズマ照射処理によって、ウェハの露出表面に付着しているSi系化合物からなるドライ・エッチング工程に起因するエッチング残渣が酸溶液に溶解しやすくなるとともに、ウェハ表面から浮き上がることになる。
【0033】
図3(d)参照
次いで、ウェハを、例えば、HCl:H2 O2 :H2 O=1:1:1からなる酸溶液19に、例えば、1分間浸漬することによって、露出表面を、例えば、0.05μmエッチングする。
この酸溶液19によるエッチングによって、浮き上がったエッチング残渣を除去するとともに、ドライ・エッチング工程及びプラズマ照射工程によって発生した物理的ダメージを除去する。
【0034】
図4(e)参照
次いで、SiO2 マスク15を選択成長マスクとしてそのまま用いて、再び、MOVPE法によってストライプ状メサ17の側面に厚さが、例えば、0.6μmで、不純物濃度が2×1018cm-3のp型InP電流埋込層20、及び、厚さが、例えば、1.0μmのn型InP電流ブロック層21を順次選択的に成長堆積させて、ストライプ状メサ17をpn逆バイアス接合によって埋め込んで電流狭窄構造を形成する。
なお、SiH4 をドーパント原料とするn型InP電流ブロック層21の不純物濃度は成長面の結晶方位に依存するが、最も濃度の低い領域において、2×1018cm-3になるようにする。
【0035】
図4(f)参照
次いで、SiO2 マスク15をフッ酸溶液を用いて除去したのち、再び、MOVPE法によって全面に表面が平坦になるように、厚さが、例えば、2.9μmで、不純物濃度が1.0×1018cm-3のp型InPクラッド層22、及び、厚さが、例えば、0.7μmで、不純物濃度が1.5×1019cm-3のp型InGaAsコンタクト層23を順次堆積させる。
【0036】
以降は、図示を省略するものの、p型InGaAsコンタクト層23にp側電極を形成するとともに、n型InP基板11の裏面を研磨したのちn側電極を形成し、次いで、p側電極及びn側電極上にAuメッキを施すことによって、半導体レーザの基本構成が完成する。
【0037】
図5参照
図5は、本発明の第1の実施の形態における表面処理後の不純物濃度の説明図であり、深さが0μmの位置が、ストライプ状メサ17の表面位置である。
図から明らかなように、従来と同様にSIMS分析を行った結果、ストライプ状メサ17の表面位置におけるSi及びOの濃度は、夫々1×1017cm-3、3×1017cm-3となっており、図9に示した酸処理のみの場合に比べて約2桁程度小さくなっていることが理解される。
【0038】
この様に、本発明の第1の実施の形態においては、まず、O2 +Arからなる混合ガスのプラズマのスパッタ効果によって、表面に付着したエッチング残渣を変質させるとともに、浮かせ、次いで、HCl:H2 O2 :H2 O=1:1:1からなる酸溶液を用いた酸処理を行うことによって浮き上がったエッチング残渣を除去しているので、酸処理のみでは除去が困難であったエッチング残渣を確実に除去することが可能になる。
【0039】
したがって、p型InP埋込層20等の再成長層を良好な結晶性を保った状態で成長させることができ、それによって、良好な電流狭窄構造を構成することができるので、リーク電流を低減することができる。
【0040】
また、本発明の第1の実施の形態においては、酸処理工程において、HCl:H2 O2 :H2 O=1:1:1からなる塩酸を含む酸溶液を用いているので、表面モフォロジーを良好に保つことができるとともに、ストライプ状メサ17の形状を良好に保つことができる。
【0041】
次いで、本発明の第2の実施の形態を説明するが、プラズマ照射処理工程における条件が異なるだけで、他の工程は上記の第1の実施の形態と全く同様であるので、図3(c)を借用してプラズマ照射処理工程のみを説明する。
再び、図3(c)参照
上記の第1の実施の形態と同様にICP−RIE装置を用いてストライプ状メサ17を形成したのち、引き続いて、ICP−RIE装置中のSiCl4 +Arからなる混合ガスを排気し、次いで、O2 からなる混合ガスを導入し、電力を供給してプラズマを発生させ、ウェハをこのプラズマ18中に晒すことによって露出表面にプラズマ18を照射する。
【0042】
この場合のプラズマ照射処理工程の条件は、
原料ガス流;O2 =50sccm
圧力;5Pa
ICPコイル電力;200W(/4500cm3 )
基板バイアス電圧;12W(印加電圧;−30V)
基板温度;100℃
とし、5分間のプラズマ照射処理を行った。
以降は、再び、上記の第1の実施の形態と全く同様の工程を経ることによって、上記の第1の実施の形態と同様の半導体レーザが得られる。
【0043】
図6参照
図6は、本発明の第2の実施の形態における表面処理後の不純物濃度の説明図であり、深さが0μmの位置が、ストライプ状メサ17の表面位置である。
図から明らかなように、従来と同様にSIMS分析を行った結果、ストライプ状メサ17の表面位置におけるSi及びOの濃度は、夫々3×1018cm-3、8×1018cm-3となっており、図9に示した酸処理のみの場合に比べて約1桁程度小さくなっていることが理解される。
なお、上記の第1の実施の形態に比べて1桁程度大きくなっている。
【0044】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、本発明の各実施の形態においては、ドライ・エッチング工程とプラズマ照射工程を同じ装置中における一連の工程としているが、バッチ処理等におけるように、不連続的な工程として行っても良いものであり、さらには、ドライ・エッチング工程とプラズマ照射工程とを別の製造装置を用いて行っても良いものである。
【0045】
また、上記の各実施の形態の説明においては、プラズマ照射処理における原料ガス流量をO2 :Ar=50:50、或いは、O2 ガスのみとしているが、これらの流量比に限られるものではなく、例えば、原料ガス流量をO2 :Ar=50:0〜50:200の範囲で使用することが好適である。
なお、Arガスのみを用いた場合には、スパッタ効果が大きくなりすぎ、ストライプ状メサの形状が変わるので好ましくない。
【0046】
また、プラズマ照射処理における原料ガスは、O2 +Ar、或いは、O2 に限られるものではなく、O2 と同様にソフトなスパッタ効果の得られるN2 を用いても良いものであり、したがって、N2 +Ar、或いは、N2 を用いても良いものである。
【0047】
また、上記各実施の形態においては、InP系半導体レーザとして説明しているが、GaAs系半導体レーザにも同様に適用されるものであり、対象も半導体レーザに限られるものではなく、ドライ・エッチング工程を伴う発光ダイオードやフォトダイオード等の光半導体装置にも適用されるものである。
【0048】
さらには、光半導体装置に限られるものではなく、エッチング後の再成長工程を伴わないHEMT(高電子移動度トランジスタ)等の他の化合物半導体装置にも適用されるものである。
【0049】
例えば、ゲートリセス工程において、SiCl4 を用いてドライ・エッチングを行った場合、表面にエッチング残渣が存在するとゲート電極のショットキーバリア性が低下して所期のゲート特性が得られなくなる虞れがあるものの、本発明のプラズマ照射処理及び酸処理を行うことによって、良好なゲート特性を得ることができる。
【0050】
また、上記の各実施の形態においてプラズマ照射処理工程において、ICP−RIE装置を用いているが、ICP−RIE装置に限られるものではなく、通常の一般的な平行平板型のRIE装置を用いても良いものであり、さらには、ウェハにバイアスを与えることはできず、エッチング残渣の除去効果は劣るものの、バレル型の装置を用いても良いものである。
【0051】
(付記1) Si原子とCl原子を分子構造に含むガスを少なくとも構成要素とする原料ガスを用いて化合物半導体をドライ・エッチングしたのち、O2ガス或いはN2ガスの少なくとも一方を含む原料ガスを用いたプラズマ照射処理を行い、次いで、酸溶液を用いて前記プラズマ照射処理により変質させた前記ドライ・エッチング時の表面生成物を除去することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
(付記2) 上記Si原子とCl原子を分子構造に含むガスが、SiCl4であることを特徴とする付記1記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記3) 上記プラズマ照射処理に用いる原料ガスに、Arが含まれていることを特徴とする付記1または2に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記4) 上記酸溶液が、塩酸を含む酸溶液であることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記5) 上記酸溶液を用いた表面処理工程の後、少なくとも前記処理表面に結晶再成長を行うことを特徴とする付記1乃至4のいずれか1に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記6) 上記結晶再成長工程が、半導体レーザの電流ブロック層を含む埋込層を成長させる工程であることを特徴とする付記5記載の化合物半導体装置の製造方法。
【0052】
【発明の効果】
本発明によれば、SiCl4 等のガスを用いてドライ・エッチングを施したのち、O2 或いはN2 を含むガスによるプラズマ照射を行うとともに、引き続いて酸溶液処理を行っているので、ドライ・エッチングに伴って発生するエッチング残渣を表面モフォロジーを保ったままで確実に除去することができ、それによって、半導体レーザ等の化合物半導体装置の特性の向上、信頼性の向上に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の途中までの製造工程の説明図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態の図2以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態の図3以降の製造工程の説明図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態における表面処理後の不純物濃度の説明図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態における表面処理後の不純物濃度の説明図である。
【図7】従来の半導体レーザの途中までの製造工程の説明図である。
【図8】従来の半導体レーザの図7以降の製造工程の説明図である。
【図9】従来のドライ・エッチング技術により作製した半導体レーザにおけるドライ・エッチング加工面の不純物濃度の説明図である。
【符号の説明】
11 n型InP基板
12 n型InPクラッド層
13 InGaAsPMQW活性層
14 p型InPクラッド層
15 SiO2 マスク
16 エッチングガス
17 ストライプ状メサ
18 プラズマ
19 酸溶液
20 p型InP埋込層
21 n型InP電流ブロック層
22 p型InPクラッド層
23 p型InGaAsコンタクト層
31 n型InP基板
32 InGaAsPMQW活性層
33 p型InPクラッド層
34 SiO2 マスク
35 エッチングガス
36 ストライプ状メサ
37 p型InP埋込層
38 n型InP電流ブロック層
39 p型InPクラッド層
40 p型InGaAsコンタクト層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a compound semiconductor device, and in particular, when a compound semiconductor surface such as InP or GaAs constituting a compound semiconductor device such as a semiconductor laser or HEMT (High Electron Mobility Transistor) is dry-etched. The present invention relates to a method of manufacturing a compound semiconductor device characterized by a step of removing an etching reaction product.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in the manufacture of a compound semiconductor device, fine processing of the compound semiconductor layer is required in many cases regardless of the structure and use of the compound semiconductor device.
As such a fine processing technique, a combination of a photolithography technique for forming a dielectric mask on a semiconductor surface and a dry etching technique for removing a portion of the semiconductor layer not covered by the dielectric mask is generally used. It has been.
[0003]
In dry etching technology, it is required to process the shape as designed and to suppress damage caused by etching. In recent years, as a technology to meet such demand, dry etching using SiCl 4 as a source gas is required. Etching is used for III-V compound semiconductors such as GaAs and InP.
[0004]
Among these, for GaAs, dry etching using a mixed gas of SiCl 4 and SF 6 is performed in order to achieve both the selectivity to AlGaAs and the vertical anisotropic shape, and good results are obtained. It has been reported that it can be obtained (Applied Physics Letters, Vol. 51, No. 14, p. 1083-1085, 1987).
[0005]
Also, for InP, smooth etching of InP is performed with a low substrate bias voltage by a gas system containing SiCl 4 , so that etching damage can be reduced and the shape of the etching side surface is vertical. It has been reported that it is close (59th Japan Society of Applied Physics, Lecture Collection, No. 3, p. 1176, “InP dry etching with SiCl 4 / Ar inductively coupled plasma (ICP)”, 1998).
[0006]
Here, a manufacturing process of a conventional semiconductor laser, which is an example of microfabrication for an InP-based semiconductor, will be described with reference to FIGS.
First, after an InGaAsPMQW
[0007]
Next, with reference to this SiO 2 mask 34 as an etching mask, reactive ion etching (RIE) using an
[0008]
Next, using this SiO 2
[0009]
Next, after removing the SiO 2 mask 34 using a hydrofluoric acid solution, a p-type
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a dry etching process using SiCl 4 , there is a problem that an etching reaction product made of a Si-based compound remains as an etching residue that is difficult to remove on the semiconductor surface after etching. This situation will be explained with reference to.
[0011]
Refer to FIG. 9 In FIG. 9, after performing striped mesa etching using SiCl 4 , surface treatment is performed with an acid solution, and then a buried layer is grown as a sample, and the surface of this sample is etched. However, it shows the Si and O contents when the impurity concentration on the exposed surface is measured using SIMS (secondary ion mass spectrometer), and the position where the depth is 0 μm in the figure indicates the etched surface. ing.
[0012]
As is apparent from the figure, the concentrations of Si and O remaining on the etched surface even after mesa etching and acid treatment are 5 × 10 19 cm −3 and 1 × 10 20 cm −3 , respectively. It is understood that it remains at a very high concentration.
[0013]
In this way, when an etching residue made of an etching reaction product exists on the etched surface, it adversely affects the subsequent device manufacturing process and the operation of the completed device.
[0014]
That is, in the conventional semiconductor laser, a pn junction is formed between the n-
[0015]
In order to solve such problems caused by etching residues, it is proposed to dry etch GaAs-based semiconductors and then irradiate the surface with F-based plasma to remove Si-based etching residues. (See JP-A-10-209181, if necessary).
[0016]
However, the above proposal has a problem and cannot be applied to an actual device manufacturing process.
That is, first, since the F-based gas has a large chemical reactivity with materials other than semiconductors such as SiO 2 exposed on the wafer surface, the shape of materials other than semiconductors changes due to plasma treatment. As a result, there is a problem in that the final device characteristics are adversely affected.
[0017]
In particular, in the above-described semiconductor laser, since the SiO 2 mask 34 existing on the top surface of the
[0018]
Second, when an F-based gas is used in a manufacturing factory, it is necessary to consider the influence on the ozone layer, and environmental resistance becomes a problem.
[0019]
Therefore, an object of the present invention is to surely remove an etching reaction product composed of a Si-based compound generated during a dry etching process while maintaining a good surface morphology.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
Here, with reference to FIG. 1, means for solving the problems in the present invention will be described. FIG. 1 is a manufacturing flow diagram showing the features of the present invention.
See FIG. 1 In order to achieve the above-mentioned object, in the present invention, a compound semiconductor is dry-etched by using a raw material gas containing at least constituent gases including Si atoms such as SiCl 4 and Cl atoms in the molecular structure. later, O 2 + Ar or N by plasma irradiation treatment using a material gas including at least one of O 2 gas or N 2 gas or the like 2 + Ar, then the plasma irradiation using an acid solution such as a solution containing hydrochloric acid The surface product at the time of dry etching which has been altered by the treatment is removed .
[0021]
In this way, by performing the plasma irradiation process using the source gas containing at least one of O 2 gas such as O 2 + Ar or N 2 + Ar or N 2 gas, the dry operation is performed by the physical action of the gas such as the sputtering effect. The etching residue made of the Si-based compound resulting from the etching can be transformed into a form that is easily dissolved in an acid solution such as a solution containing hydrochloric acid, and the altered etching residue can be floated from the semiconductor layer immediately below the etching residue.
Note that the source gas in this case may be only O 2 gas or N 2 gas, but the sputtering effect is reduced as compared with the case where Ar gas is mixed.
[0022]
Next, by treating the etching surface with an acid solution, it is possible to easily remove the etching residue that floats from the surface and is transformed into a form that is easily dissolved in the acid solution.
Further, the surface treatment using this acid solution also has an action of removing surface damage that occurs in the dry etching process and the plasma irradiation treatment process.
[0023]
In particular, an acid solution capable of shallow etching of 0.05 to 0.15 μm on the surface of the compound semiconductor and not significantly changing the morphology of the surface of the compound semiconductor and the shape of the compound semiconductor layer is suitable. For example, HCl + H 2 O An acid solution containing hydrochloric acid such as a mixed solution composed of 2 + H 2 O is preferred.
[0024]
Further, the present invention is characterized in that after the surface treatment step using an acid solution, crystal regrowth is performed at least on the treated surface, and in particular, a buried layer including a current blocking layer of a semiconductor laser is grown.
[0025]
As described above, by performing the surface treatment using the acid solution, it is possible to perform good crystal growth at least when crystal regrowth is performed on the treated surface.
In particular, when a buried layer including a current blocking layer of a semiconductor laser is grown, a pn junction having excellent electrical characteristics can be formed, thereby reducing leakage current flowing through the buried layer. it can.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Here, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 5. First, the manufacturing process of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4. explain.
2A. First, an n-type InP clad
In this case, the InGaAsPMQW
[0027]
Next, a SiO 2 film having a thickness of, for example, 300 nm is deposited on the entire surface, and then subjected to photo-etching using a normal resist pattern (not shown) to form a stripe-shaped SiO having a width of, for example, 2 μm. 2
[0028]
Next, after removing the resist pattern, an ICP-RIE (Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching) apparatus is used, and a
[0029]
The conditions for the dry etching process in this case are as follows:
Raw material gas flow; SiCl 4 : Ar = 10 sccm: 20 sccm
Pressure: 2Pa
ICP coil power: 200 W (/ 4500 cm 3 )
Substrate bias voltage: 100 W (applied voltage: -300 V)
Substrate temperature: 180 ° C
Etching was performed for 3 minutes.
[0030]
Subsequently, referring to FIG. 3C, after the
[0031]
In this case, the conditions of the plasma irradiation process are as follows:
Raw material gas flow; O 2 : Ar = 50 sccm: 50 sccm
Pressure: 10Pa
ICP coil power: 200 W (/ 4500 cm 3 )
Substrate bias voltage: 12 W (applied voltage: -70 V)
Substrate temperature: 100 ° C
And a plasma irradiation treatment for 5 minutes was performed.
[0032]
By this plasma irradiation treatment, the etching residue resulting from the dry etching process made of the Si-based compound adhering to the exposed surface of the wafer is easily dissolved in the acid solution and is lifted from the wafer surface.
[0033]
Next, refer to FIG. 3D. Next, the exposed surface is, for example, immersed in an
Etching with the
[0034]
Next, referring to FIG. 4E, using the SiO 2 mask 15 as a selective growth mask as it is, the thickness of the side surface of the striped
The impurity concentration of the n-type InP
[0035]
Next, after removing the SiO 2 mask 15 using a hydrofluoric acid solution, the thickness is 2.9 μm, for example, so that the surface becomes flat again by the MOVPE method. A p-type
[0036]
Thereafter, although not shown, a p-side electrode is formed on the p-type
[0037]
FIG. 5 is an explanatory diagram of the impurity concentration after the surface treatment in the first embodiment of the present invention, and the position where the depth is 0 μm is the surface position of the striped
As is apparent from the figure, as a result of performing the SIMS analysis as in the conventional case, the concentrations of Si and O at the surface position of the striped
[0038]
As described above, in the first embodiment of the present invention, first, the etching residue adhering to the surface is altered and floated by the sputtering effect of the plasma of the mixed gas of O 2 + Ar, and then HCl: H Since the etching residue that has been lifted is removed by performing an acid treatment using an acid solution composed of 2 O 2 : H 2 O = 1: 1: 1, an etching residue that is difficult to remove by only the acid treatment is removed. It can be reliably removed.
[0039]
Therefore, a regrown layer such as the p-type InP buried
[0040]
In the first embodiment of the present invention, since an acid solution containing hydrochloric acid composed of HCl: H 2 O 2 : H 2 O = 1: 1: 1 is used in the acid treatment step, the surface morphology Can be kept good, and the shape of the striped
[0041]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Since the other steps are exactly the same as those in the first embodiment except that the conditions in the plasma irradiation treatment step are different, FIG. ) Will be used to explain only the plasma irradiation process.
Again referring to FIG. 3C, after the
[0042]
In this case, the conditions of the plasma irradiation process are as follows:
Raw material gas flow; O 2 = 50 sccm
Pressure: 5Pa
ICP coil power: 200 W (/ 4500 cm 3 )
Substrate bias voltage: 12 W (applied voltage: -30 V)
Substrate temperature: 100 ° C
And a plasma irradiation treatment for 5 minutes was performed.
Thereafter, the same semiconductor laser as that of the first embodiment is obtained by going through the same process as that of the first embodiment again.
[0043]
FIG. 6 is an explanatory diagram of the impurity concentration after the surface treatment in the second embodiment of the present invention, and the position where the depth is 0 μm is the surface position of the striped
As is apparent from the figure, as a result of performing SIMS analysis in the same manner as in the prior art, the concentrations of Si and O at the surface position of the striped
Note that it is about one digit larger than that of the first embodiment.
[0044]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configurations and conditions described in the embodiments, and various modifications can be made.
For example, in each embodiment of the present invention, the dry etching process and the plasma irradiation process are a series of processes in the same apparatus, but may be performed as discontinuous processes as in batch processing or the like. Furthermore, the dry etching process and the plasma irradiation process may be performed using different manufacturing apparatuses.
[0045]
In the description of each of the above embodiments, the raw material gas flow rate in the plasma irradiation process is set to O 2 : Ar = 50: 50 or only O 2 gas, but is not limited to these flow rate ratios. For example, it is preferable to use the raw material gas flow rate in a range of O 2 : Ar = 50: 0 to 50: 200.
Note that the use of only Ar gas is not preferable because the sputtering effect becomes too great and the shape of the stripe mesa changes.
[0046]
In addition, the source gas in the plasma irradiation treatment is not limited to O 2 + Ar or O 2 , and N 2 which can obtain a soft sputtering effect similarly to O 2 may be used. N 2 + Ar or N 2 may be used.
[0047]
In each of the above embodiments, the InP semiconductor laser is described. However, the present invention is similarly applied to a GaAs semiconductor laser, and the target is not limited to the semiconductor laser. The present invention is also applied to an optical semiconductor device such as a light emitting diode or a photodiode accompanied with a process.
[0048]
Furthermore, the present invention is not limited to the optical semiconductor device, but can be applied to other compound semiconductor devices such as a HEMT (High Electron Mobility Transistor) that does not involve a regrowth process after etching.
[0049]
For example, when dry etching is performed using SiCl 4 in the gate recess process, if there is an etching residue on the surface, the Schottky barrier property of the gate electrode may be deteriorated and the desired gate characteristics may not be obtained. However, good gate characteristics can be obtained by performing the plasma irradiation treatment and the acid treatment of the present invention.
[0050]
In each of the above embodiments, the ICP-RIE apparatus is used in the plasma irradiation process. However, the present invention is not limited to the ICP-RIE apparatus, and an ordinary general parallel plate RIE apparatus is used. Furthermore, although a bias cannot be applied to the wafer and the effect of removing etching residues is inferior, a barrel type apparatus may be used.
[0051]
(Supplementary Note 1) After the Si atoms and Cl atoms were dry etching of compound semiconductor by using the raw material gas to at least a component of a gas containing a molecular structure, a raw material gas containing at least one of O 2 gas or N 2 gas A method of manufacturing a compound semiconductor device, comprising: performing the plasma irradiation treatment used, and then removing a surface product during the dry etching that has been altered by the plasma irradiation treatment using an acid solution.
(Supplementary Note 2) gas containing the Si atom and Cl atoms in the molecular structure, manufacturing method of a compound semiconductor device according to Supplementary Note 1, wherein it is SiCl 4.
(Additional remark 3) Ar is contained in the source gas used for the said plasma irradiation process, The manufacturing method of the compound semiconductor device of Additional remark 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
(Additional remark 4) The said acid solution is an acid solution containing hydrochloric acid, The manufacturing method of the compound semiconductor device of any one of Additional remark 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned.
(Supplementary note 5) The method for producing a compound semiconductor device according to any one of supplementary notes 1 to 4, wherein after the surface treatment step using the acid solution, crystal regrowth is performed at least on the treated surface.
(Supplementary note 6) The method of manufacturing a compound semiconductor device according to supplementary note 5, wherein the crystal regrowth step is a step of growing a buried layer including a current blocking layer of a semiconductor laser.
[0052]
【The invention's effect】
According to the present invention, after performing dry etching using a gas such as SiCl 4 , plasma irradiation with a gas containing O 2 or N 2 is performed and, subsequently, an acid solution treatment is performed. Etching residues generated by etching can be surely removed while maintaining the surface morphology, which greatly contributes to improving the characteristics and reliability of compound semiconductor devices such as semiconductor lasers.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of the manufacturing process up to the middle of the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of the manufacturing process until the middle of FIG. 2 and subsequent steps of the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the manufacturing process after FIG. 3 according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of an impurity concentration after surface treatment in the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of an impurity concentration after surface treatment in the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a manufacturing process up to the middle of a conventional semiconductor laser.
FIG. 8 is an explanatory diagram of the manufacturing process of the conventional semiconductor laser after FIG. 7;
FIG. 9 is an explanatory diagram of impurity concentration on a dry-etched surface of a semiconductor laser manufactured by a conventional dry-etching technique.
[Explanation of symbols]
11 n-type InP substrate 12 n-type InP clad
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