JPH01101624A

JPH01101624A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH01101624A
Application number: JP26009987A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Eguchi; 和弘江口; Hideto Furuyama; 英人古山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-10-15
Filing date: 1987-10-15
Publication date: 1989-04-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、半導体装置の製造方法に係わり、特にメサパ
ターンが形成された基板上に半導体結晶層を埋込み形成
する半導体装置の製造方法に関する。

（従来の技術）半導体レーザ等のデバイスを製造する工程においては、
メサ等の段差のある半導体基板上に半導体結晶層をエピ
タキシャルする必要がある。この結晶成長を液相成長法
で行うと、メサ部分を埋込むように半導体結晶層を成長
する平坦な埋込み成長が可能であることが知られている
。ところが、これを気相成長法で行おうとすると、基板
の段差が約１μｍ以下の場合は平坦な埋込み成長ができ
るが、段差が１μｍ以上あると平坦な埋込み成長ができ
ない。即ち、メサ側面から突起状の成長が生じ、これが
平坦な埋込み成長を妨げることになる（電子通信学会、
　１９８７年春８６Ｓ：応用物理学会。

１９８７年春　３Ｏｐ、ＺＨ−８）。

なお、上記工程においては、いずれも結晶成長を行う基
板の表面が（１００１面であり、メサパターンが＜１１
０＞方向に形成されている。メサパターンの方向は、レ
ーザを作成する場合にメサのストライプ方向が結晶のへ
き開等により形成される共振器端面（１１０）面と直交
するように定められるので、必然的に上記方向が選択さ
れる。

そして、メサのストライプ方向が＜１１０＞方向である
とメサ側面に＋１１１１面が現れ、この（１１１１面と
平行な方向に突起状の成長が生じるのである。

そこで従来、上記問題を回避するために工程を細分化し
、メサパターンを形成した基板面上に結晶成長を行う際
、メサの段差が１μｍ以下になるような方法が行われて
いた。しかしながら、このような方法では、デバイスを
製造する工程において、多数回の結晶成長が必要となり
、工程が複雑化するばかりでなく、デバイスを設計する
際にその構造に種々の制約を加えなければならなかった
。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来、［１０］面上に＜１１０＞方向に段差
が１μｍ以上あるメサパターンを形成した場合、基板上
に気相成長法で平坦な埋込み成長を行うことはできなか
った。また、上記理由から、メサ部を持つ半導体レーザ
における製造工程の複雑化や設計自由度の低下を招く等
の問題があった。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、１μｍ以上の段差を持つメサパターン
が形成された基板上に半導体結晶層を平坦に埋込み成長
することができ、半導体レーザ等の作成に際して製造工
程の簡略化及び設計自由度の向上等に寄与し得る半導体
装置の製造方法を提供することにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明の骨子は、メサパターンのストライプ方向を（１
１０＞方向から積極的にずらすことにある。

即ち本発明は、基板表面が（１００）面の半導体基板上
にメサパターンを形成したのち、半導体基板上に気相成
長法により半導体結晶層を選択的に形成する半導体装置
の製造方法において、前記メサパターンを＜１１０＞方
向から５度以上ずれた方向に形成するようにした方法で
ある。

（作用）本発明によれば、メサパターンが形成された半導体基板
上への半導体結晶層の平坦な埋込み成長が可能となり、
さらにメサパターンの段差が１μ席以上ある場合も同様
に平坦な埋込み成長ができる。このように、メサパター
ンの段差が１μｍ以上あるにも拘らず、平坦な埋込み成
長ができる理由は、結晶成長速度の面方位依存性にある
。即ち、従来用いられている＜１１０＞方向のメサパタ
ーンの場合、基板表面が（１００１面であることからメ
サ側面がｉｌ　１１）面となる。そして、１１１１１面
に沿った方向の結晶成長速度が大きいため、メサ側面方
向に沿った突起状の成長が起こる。これに対し、メサパ
ターンのストライプ方向を＜　１１０　＞方向からずら
すことにより、メサ側面に１１１１１面が現れないよう
になり、突起状の成長が抑えられて平坦な埋込み成長が
可能になる。この場合、共振器端面がメサパターンのス
トライプ方向に対して完全に直角ではないので、共振器
端面における反射効率が僅かに低下するものの、十分に
レーザ発振可能であることが本発明者等の実験により確
認されている。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

まず、第１図に示す如く、面方位（１００）のＩｎＰ、
Ｗ板１０上にストライプ状マスクとしてＳ　ｉ　０２膜
２０　（２１，２２，２３，２４）を形成］７．５ｉ０
２膜２０をマスクとして基板１０を選択エツチングし、
ストライプ状メサ３０（３１゜３２．３３．３４）を形
成した。なお、メサパターンの幅及び段差はそれぞれ約
２μ７１１である。また、メサ３１のストライプ方向は
［０１１）方向、メサ３２のストライプ方向は［）１１
］方向、メサ３３のストライプ方向向は［０１１］方向
から１５度傾けた方向、メサ３４のストライプ方向は［
０１１Ｆ方向から１５度傾けた方向である。

ここで、第１図の各断面を第２図に示しておく。

第１図の矢視Ａ−Ａ断面及び矢視Ｃ−Ｃ断面は第２図（
ａ）に示す如く逆メサとなり、第１図の矢視Ｂ−Ｂ断面
及び矢視Ｄ−Ｄ断面は第２図（ｂ）に示す如く順メサと
なる。そして、メサ３１．３２ではその側面が＋１１１
１面となり、メサ３３゜３４ではその側面が＋１１１）
面からずれたものとなる。なお、上記例ではメサ部をＩ
ｎＰのみで形成しているが、半導体レーザ等を作成する
場合、実際にはこのメサ部にＩｎＰとこれに格子整合す
る他の化合物半導体からなるヘテロ構造を形成すればよ
い。

上記基板１０を用い、メサ３０の側面を半導体結晶層で
埋込むために、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）に
よりＩｎＰ層４０を成長形成した。原料ガスとしては、
ＴＭｌ　（トリメチルインジウム）とＰＨ，（ホスフィ
ン）との混合ガスを用いた。成長膜の厚さは、約２μｍ
である。

ＩｎＰ層４０を堆積した状態を第３図にそれぞれ示す。

第３図において（ａ）は第１図の矢視Ａ−Ａ断面、（ｂ
）は第１図の矢視Ｂ−Ｂ断面、（ｃ）は第１図の矢視Ｃ
−Ｃ断面、（ｄ）は第１図の矢視Ｄ−Ｄ断面にそれぞれ
相当している。

メサ３０のストライプ方向が従来と同じ［０１１１方向
或いは［０１１１方向では、即ちメサ３１，３２では、
第３図（ａ）　（ｂ）に示す如くメサ側面に沿って突起
上の成長が起り、ＩｎＰ層４０を平坦に埋込むことはで
きなかった。一方、メサ３０のストライプ状メサは［０１１１方向から１５度傾けたものでは、即ちメサ
３３，３４では、第３図（ｃ）（ｄ）に示す如く突起の
ない平坦な埋込み成長が可能であった。これは、メサ３
１．３２の側面が＋１１１１面となっているのに対し、
メサ３３，３４では側面が＋１１１１面からずれており
、側面に平行な方向への結晶成長があまり速くないから
である。

また、メサ３０のストライプ方向を［）１１］方向及び
［０１１］方向から４度、５度、１５度。

３０度、４５度と種々変えて実験を行ったところ、［０
１，１］方向及び［０１１］方向から５度未満では１μ
ｍ以上の段差で前述した突起状の成長が生じるが、５度
以上（即ち［０１１１方向から又は［０１１］方向のい
ずれか一方から見た場合、５度乃至８５度）ずらすと突
起状の成長は殆ど見られないのが確認された。

そして、メサ３３，３４を用いて半導体レーザを作成し
たところ、ストライプ方向と（１１０）面の共振器端面
とが完全には直角ではないが、レーザとして良好な特性
が得られた。さらに、共振器端面をへき開ではなく、エ
ツチングにより形成することによって、［０１１１方向
及び［０１１］方向から５度以上ずらしたストライプ方
向と共振器端面とを直交させることも可能であった。

また、埋込み型半導体レーザの製造又は０ＥＩＣ等の微
細素子を集積化する場合、急峻な傾斜ををする良好なメ
サパターンを得る必要があるが、メサパターンのストラ
イプ方向を＜１１０＞方向から４０度を越える方向とす
ると、ウェットエツチング（例えばＩｎＰ基板を塩酸を
用いてエツチングする）では、メサパターンの傾斜を良
好に得ることが難しくなることを実験で確認した。従ヮ
て、このような場合には、メサパターンのストライプ方
向を＜１１０＞方向から５度乃至４０度の範囲で設定す
ることにより、より良好な半導体装置を得ることができ
る。

かくして本実施例によれば、（１００）面のＩｎＰ基板
１０上にストライプ方向を［０１１１方向及び［０１１
１方向から５度以上ずらしてメサ３０を形成することに
より、メサ３０の側面に＋１１１１面が現れるのを防止
することができる。

このため、ＭＯＣＶＤ法等の気相成長法であっても、メ
サ３０の側面に平行な方向に突起状の成長が生じること
はなく、メサ３０の側面をＩｎＰ層４０で平坦に埋込み
成長することができる。従って、各種埋込み構造の半導
体レーザを簡易に製造することができ、その有用性は絶
大である。また、従来の工程を基本的には変える必要は
なく、メサストライプ方向を変えるのみでよく、その実
施が容易であると云う実用外大なる利点もある。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記半導体基板及び成長する半導体結晶層
はＩｎＰに限るものではなく、Ｇａ　ＩｎＡｓ、Ｇａ　
Ｉ　ｎＡｓＰ、Ａ、ｉ’　Ｉ　ｎＡｓ。

Ａｉｌ　ｎＰ、　ＡＩ！Ｉ　ｎＧａＰ、Ａ１Ｇａ　Ｉ　
ｎＡｓ。

ＧａＡｓ等の他の化合物半導体材料であってもよい。ま
た、基板の半導体と成長する半導体結晶層とが異なる種
類のへテロ成長の場合でも有効である。さらに、基板の
メサ部は単一の半導体に限るものではなく、異なる種類
の半導体を積層したヘテロ構造であってもよい。また、
半導体結晶層の成長には、ＭＯＣＶＤ法に限らず他の気
相成長法を用いることも可能である。さらに、メサのス
トライプは必ずしも長方形に限るものではなく、正方形
でもよい。

また、基板表面の面方位は（１００）に限るものではな
くこれに等価な方位、即ち＋１００１面であればよい。

同様に、ストライプ方向をずらすための基準となる結晶
軸方位は［０１１］方向及び［０１１１方向に限るもの
ではなく、これらと等価な方位、即ち＜１１０＞方向で
あればよい。

つまり、基準となる軸方位は＜１１０＞方向のうちで、
基板表面と平行な方向なものである。その他、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが
できる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、メサのストライプ
方向が＜１１０＞方向から５度以上ずれた方向となるよ
うにメサパターンを形成することにより、メサパターン
の段差が１μｍ以上であっても平坦な埋込み成長を行う
ことができる。従って、埋込み構造の半導体レーザの作
成等に有効でり、該レーザの製造工程の簡略化及び設計
自由度の向上等に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はそれぞれ本発明の一実施例方法を説
明するためのもので、第１図はメサストライプ方向を示
す平面図、第２図はメサエッチングした状態を示す断面
図、第３図はＩｎＰ層を堆積した状態を示す断面図であ
る。１０−１　ｎ　Ｐ基板（半導体基板）　、２０　（２１
゜２２．２３．２４）・・・５ｉ０２膜（ストライプ状
マスク）、３０　（３１，３２，３３，３４）・・・メ
サ、４０・・・ＩｎＰ層（半導体結晶層）。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図（ａ）（Ｑ）（Ｃ）第３１（ｂ）図（ｂ）（ｄ）衷

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板表面が（１００）面の半導体基板上に該基板
面と平行な〈１１０〉方向から５度以上ずれた方向にメ
サパターンを形成する工程と、前記半導体基板上に気相
成長法により半導体結晶層を選択的に形成する工程とを
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（２）前記メサパターンはストライプ状に形成され、そ
のストライプ方向が〈１１０〉方向から５度以上ずれた
方向であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の半導体装置の製造方法。
（３）前記メサパターンはストライプ状に形成され、そ
のストライプ方向が〈１１０〉方向から５度乃至４０度
ずれた方向であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の半導体装置の製造方法。
（４）前記メサパターンの段差は、１μｍ以上あること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の
製造方法。
（５）前記メサパターンを形成する工程として、前記基
板上にストライプ状のマスクを形成したのち、該マスク
を用いて前記基板を選択エッチングすることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。
（６）前記半導体基板及び半導体結晶層は、ＩｎＰであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体
装置の製造方法。