JPH0442984A

JPH0442984A - 半導体発光素子の製造方法

Info

Publication number: JPH0442984A
Application number: JP14809490A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Seki; 哲也関
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1990-06-06
Filing date: 1990-06-06
Publication date: 1992-02-13
Anticipated expiration: 2014-10-18
Also published as: JP2964553B2

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】［産業上の利用分野］本発明は、ＩＩ−ＶＩ族族化合物厚導体発光素子製遣方
法に関するものである。

［従来の技術］セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）など、
およびこれらの混晶より成るＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
発光素子において、従来の光共振器の反射面は、　（１
１０）結晶面のへき開性を利用して形成されている。

［発明が解決しようとする課題］しかし、前述の従来技術によるＩＩ−ＶＴ族化合物半導
体発光素子の共振器反射面の加工には、以下の問題があ
る。

前述のへき開面は原子オーダの平滑性、平行性を有する
優れた反射面である。しかしながら、へき開により作製
される発光素子は、へき関し、チップにすることにより
初めてその特性を示すものであり、ウェハー単位での特
性評価をおこなうことは不可能で、最終製品に近い状態
で評価を必要があり、特性が悪い場合の損失が大きい。

またへき開工程は微細化が困難で、素子サイズも共振器
長に依存し、０ＥＩＣなど集積化を考える場合に大きな
障害となっていた。

さらに、Ｕ−ＶＩ族化合物半導体は、ｍ−ｖ族化合物半
導体よりもイオン結合性が大きいため、機械的強度が弱
い。そのためへき開工程など機械的要素の高い工程にお
いてはへき開面などにクラックが発生しやすく、歩留ま
りが大きく低下していた。このようにＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体のへき開はｍ−ｖ族化合物半導体に比べ難しく
、光共振面の作製には、へき開にかわる機械的要素の少
ない製造方法が必要とされていた。

そこで本発明は、上記問題点を解決するもので、その目
的とするところは、微細加工が可能で、再現性、実用性
があるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体発光素子の共振器反射
面の製造方法を提供するところにある。

［課題を解決するための手段］本発明の化合物半導体のエツチング方法は、■−■族化
合物半導体より成る半導体発光素子の製造方法において
、光共振器面は、エツチングマスクを形成する工程と、
反応性ガスを放電室分離型のマイクロ波励起・ＥＣＲプ
ラズマ室で活性化させ、被処理材料に一様な方向を持っ
たイオンビームを照射することによりドライエツチング
を行う工程により形成することを特徴としている。

また、エツチングマスクの材質は、フォトレジスト、シ
リコン酸化物、シリコン窒化物などの絶縁物、モリブデ
ン、ニッケルなどの金属であることを特徴としている。

また、反応性ガスは、少なくともハロゲン元素を含むこ
とを特徴としている。

また、反応性ガスの圧力は、５Ｘ１０−３Ｐａがら１Ｐ
ａの範囲であることを特徴としている。

また、マイクロ波入射出力は、１Ｗ以上１ｋＷ以下の範
囲であることを特徴としている。

また、イオンビームを放電室より被処理材料に引き出す
ための電圧は、０７以上１ｋＶ以下の範囲であることを
特徴としている。

また、エツチング時の被処理材料のの温度は０℃以上８
０℃以下であることを特徴としている。

［実　施　例コ以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず第３図に本発明の実施例における反応性イオンビー
ムエツチング装置の構成概略断面図を示す。反応性の強
いハロゲン元素を含むガスをエツチングガスとして用い
るため、試料準備室１１とエツチング室１２がゲートバ
ルブ２４により分離された構造となっており、エツチン
グ室１２は常に高真空状態に保たれている。１３は電子
・サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ室であり、磁
場発生用円筒ドーナッツ型コイル１４で囲まれ、マイク
ロ波導波管１５との接続部には、マイクロ波導入石英窓
がある。マイクロ波で電離・発生した電子は、軸対称磁
場によりサイクロトロン運動を行いながらガスと衝突を
繰り返す。この回転周期は、磁場強度が、例えば８７５
ガウスのときマイクロ波の周波数、例えば２．４５ＧＨ
ｚと一致し、電子系は共鳴的にマイクロ波のエネルギー
を吸収する。このため低いガス圧でも放電が持続し、高
いプラズマ密度が得られ、反応性ガスが長寿命で使用で
きる。さらに中心部での高い電解分布により、電子・イ
メ゛ンが中心部に集束するので、イオンによるプラズマ
室側壁のスノで・ツタ効果が小さ（、高清浄なプラズマ
が得られる。ＥＣＲプラズマ室１３で発生したイオンは
、メ・ソシュ状の引出し電極部１６で加速され、試料１
７に照射される。

サンプルホルダー１８は、マニピコ、レータ１９により
鉛直方向を軸として３６０６回転させることができ、試
料に入射するイオンビームの方向を変えることができる
。

第１図は、本発明の一実施例を示す半導体１ノーザの構
造斜視図である。ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＺｎＳ　
ｅ層２、Ｚ　ｎ　ＳｘＴ　ｅ　＋−ｘ　（Ｘ＝　０．　
３５）層３、ｐ型Ｚｎ５ｅ層４を積層した構造であり、
５．６は各々ｎ型、ｐ型オーミック電極である。　Ｚｒ
１Ｓｅ、、　Ｚｎ５ｘＴｅ＋−ｘ（Ｘ＝０．　３５）は
ほぼ格子定数が同じで、エネルギーギヤツブはＺｎＳ　
ｅの方が約０．２ｅＶ大きいため、Ｚｎ５ｅ層はクラッ
ド層として機能する。光共振面７は、本発明による反応
性イオンビームエツチング法により形成されている。第
２図（ａ）〜（ｄ）は、第１図の素子の作製工程を示し
たものである。まず、ＳｔドープＧ　ａ　Ａ　ｓ基板１
上にＩｎあるいはＧａドープのＺ　ｎ　Ｓ　ｅ　Ｊｉ５
２、Ｚ　ｎ　ＳｘＴ　ｅ　＋−ｘ　（Ｘ−〇、３５）層
３、ＮドープＺｎ５ｅ層４を分子線エピタキシャル成長
法などにより積層させ、その後ｎ型電極５、ｐ型電極６
を形成する。次にフォトレジスト（ポジタイプ）８を基
板表面全面にコーティングＬ２５０℃で３０〜１２０分
ベーキングを行う。そＩ２てＴｉ９を約１０００Ａｉ子
ビーム蒸着法などにより形成する。　（第２図（ａ））
次に第２図（１））に示すように、通常のフォトリング
ラフイエ程により、フ第１・レジスト１０のパターン形
成を行う。次にフォトレジスト１０をマスクとしてＴｉ
９のエツチングを行う、。

エツチング方法は、ウェットエツチングでは、緩衝フッ
酸溶液を用い、ドライエ・ノチングでは、ＣＦ４ガスを
用いた反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）法を用いるが
、精密なパターン転写を行うには、サイドエツチング量
の僅少なドライエツチングの方が望ま１．い。そしてＴ
ｉ９をマスクとして、フォトレジスト用いたＲＩＥ法により行う。　（第２図（Ｃ））このと
き注意しなければならないことは、酸素ガスの圧力であ
る。テーパーを持たない垂直な断面形状のエツチングマ
スクの作製には、通常の平行平板型のドライエ、チング
装置を用いた場合、酸素ガスの圧力は５Ｐａ程度が望ま
しい。圧力を高＜　１，過ぎると、エツチングが等方的
に進行するので、この場合適していない。フォトレジス
ト８のエツチングマスクとして用いたＴｉ９は緩衝フ。

酸溶液などで除去しておく。

次に、反応性イオンビームエツチングを行う。

エツチングガスとして純塩素ガス（９９，９９９％）、
ガス圧力ＩＸＩＯ−’Ｐａ、マイクロ波入射出力２００
Ｗ，　　引出１２電圧４００Ｖ、イオンビムの入射方向
は基板に垂直方向の条件で工・ノチングを行った。この
ときのＺｎＳｅＳ　ＺｎＳＴｅのエツチング速度は約８
　５　０　Ａ／分、フォトレジストは約２　５　Ｏ　Ａ
／分であった。フォトンシストマスク１０が垂直断面で
あり、ＺｎＳｅとＺｎＳＴｅが等速工，チングであるた
め、第２図（ｄ）に示すように、ヘテロ接合界面でもス
ムースな垂直端面が得られる。この垂直端面は原子面レ
ベルで平滑なものであり、またエツチングによるダメジ
もほとんどないものであり、半導体１／−ザの共振面と
して利用できる。またここて多少複雑な工程によりマス
クの作製を行っているが、この理由は、フォトレジスト
をマスクとする場合、通常のフォトリソ工程により作製
されｆ：マスクがテーパーを持つため垂直な断面が得ら
れないためである。

この後残留しているフォト１ノジストをアノンングなど
により除去Ｉ，、へき開などにより素子の分離を行えば
第１図の素子が完成する。このへき間は単なる分離の工
程であるため従来の共振面作製のような厳密さは要求さ
れない。

以上のような垂直でありかつ平滑でありまたダメージの
少ないエツチング条件は以下の通りである。まずガス圧
力についてはイオンビームと中性粒子の平均自由工程が
同程度になればエツチングに指向性がなくなることと、
実用的なエツチング速度を得るという理由からｌＸｌ０
−３Ｐａ以上１Ｐａ以下がよい。マイクロ波入射出力に
関しては出力を高くし過ぎるとプラズマ温度が上昇し電
極の熱変形がおこったり、基板温度も輻射熱てあつがっ
てしまい温度制御が困難となるため１Ｗ以上１０００Ｗ
以下がよい。引出し電圧は、高すぎれば基板に大きなダ
メージを与えてしまうため０Ｖ以上１０００Ｖ以下がよ
い。特にＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の構成元素はイオン
性が高いため、Ｃｔなどのハロゲン元素と化学反応をし
やすく、反応生成物の蒸気圧により物質表面から離脱し
エラチンフカ進行する割合が大きいため、イオンの持つ
エネルギーが小さくてすむ。このため低い引出し電圧で
もエツチング進行し、ＧａＡｓなどの■−Ｖ属化白化合
物半導体べ、ダメージの少ないエツチング達成される。

またＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の構成元素のハロゲン化
物はほとんど２個のハロゲン元素と結合した反応生成物
を形成する。、例えばＺｎ５ｅのＺｎＳ　Ｓｅの塩化物
は、ＺｎＣｌ２．５ｅｃ１２を形成する。これらの反応
生成物は、化学的にはそれほど活性でないため側壁のエ
ツチングを保護する効果がＧａＡｓなとのｍ−ｖ白化合
物半導体に比べ大きく、異方性工・ノチングが強く、垂
直断面を得やすい。

基板温度に関しては８０℃以上では、ＺｎＣ１ｘＳＳ　
ｅ　Ｃｌｘ、ＴｅＣ１ｘなどの側壁保護膜が蒸発してし
まい、表面で散乱されたイオンにより側面の不均一なエ
ツチング起こり、モホロジーが荒れてしまい適当でない
。また０度以下では、基板温度が周囲温度より低くなり
すぎるため塩素ガスの付着など汚染が大きくなるので適
当ではない。

本実施例においては、Ｉｔ−ＶＩ族化合物半導体として
Ｚｎ５ｅ、ＺｎＳＴｅについて説明を行ったが、ＺｎＳ
Ｓｅ、ＣｄＴｅ等、他のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体につ
いても有効である。またエツチングマスクとしてフォト
レジストを用いて説明を行ったが、被エツチング材料に
対して、選択比のとれるもの、例えばＺｎ５ｅを被エツ
チング材料とした場合、Ｓ　ｉＯｘＳＳ　Ｉ　Ｎ　ｘな
どの絶縁物、Ｍｏ、Ｎｉなどの金属についても有効であ
る。また、エツチングガスとして、純塩素ガスを用いて
いるが、ハロゲン元素を含むガス、例えばＢＣｌ３、Ｃ
Ｃｌ２Ｆ２、などでもよい。また、発光素子の構造につ
いても端面出射型のものであれば全てに適用される。

［発明の効果］以上述べたように、本発明によれば以下の効果が得られ
る。

（１）ドライプロセスにより共振面の作製を行うため従
来のへき開プロセスに比べ再現性、歩留まりが飛躍的に
向上する。

（２）光共振器の共振器長がフォトリソ工程の精度によ
り決まるため、従来の機械的精度に比べ精度が向上し、
微細化も可能となる。

（３）発光素子と電子デバイスのモノリシックな集積が
可能である。

（４）ウェハー単位でのスクリーニングができ製造コス
トの低減となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す半導体レーザの構造
斜視図。第２図（ａ）　　　（ｄ）は、第１図の半導体レーザの
作製工程を示した図。第３図は、本発明の実施例に用いた工・ソチング装置の
構成概略説明図。・・ｎ型ＧａＡｓ基板・ｎ型Ｚｎ５ｅ層・　Ｚｎ５ｘＴｅ＋−ｘ（Ｘ＝Ｏ− ・ｐ型Ｚｎ５ｅ層・・ｎ型電極・ｐ陽電極・・光共振面・・フォトレジスト・・Ｔｉ層拳・フォトレジスト・・試料準備室・・エツチング室３５）層１３・・・ＥＣＲプラズマ発生室１４・・・電磁石１５・・・マイクロ波導波管１６・・・引出し電極１７・・・試料１８・・・ザンブルホルダー１９・・・マニピュレータ２０・・・ガス導入部２１・・・搬送棒２２・・・排気系２３・・・排気系２４・・・ゲートバルブ以　　上出願人　セイコーエプソン株式会社代理人　弁理土鈴木裏三部　他１名弔１図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）II−VI族化合物半導体より成る半導体発光素子の
製造方法において、光共振器面は、エッチングマスクを
形成する工程と、反応性ガスを放電室分離型のマイクロ
波励起・ＥＣＲプラズマ室で活性化させ、被処理材料に
一様な方向を持ったイオンビームを照射することにより
ドライエッチングを行う工程により形成することを特徴
とするII−VI族化合物半導体発光素子の製造方法。
（２）前記エッチングマスクの材質は、フォトレジスト
、シリコン酸化物、シリコン窒化物などの絶縁物、モリ
ブデン、ニッケルなどの金属であることを特徴とする請
求項１記載のII−VI族化合物半導体発光素子の製造方法
。
（３）前記反応性ガスは、少なくともハロゲン元素を含
むことを特徴とする請求項１記載のII−VI族化合物半導
体発光素子の製造方法。
（４）前記反応性ガスの圧力は、５×１０＾−＾３Ｐａ
から１Ｐａの範囲であることを特徴とする請求項１記載
のII−VI族化合物半導体発光素子の製造方法。
（５）マイクロ波入射出力は、１Ｗ以上１ｋＷ以下の範
囲であることを特徴とする請求項１記載のII−VI族化合
物半導体発光素子の製造方法。
（６）前記イオンビームを放電室より被処理材料に引き
出すための電圧は、０Ｖ以上１ｋＶ以下の範囲であるこ
とを特徴とする請求項１記載のII−VI族化合物半導体発
光素子の製造方法。
（７）エッチング時の被処理材料のの温度は０℃以上８
０℃以下であることを特徴とするII−VI族化合物半導体
発光素子の製造方法。