JPH10242131A - Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体の表面処理方法およびその処理液 - Google Patents
Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体の表面処理方法およびその処理液Info
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- JPH10242131A JPH10242131A JP4060997A JP4060997A JPH10242131A JP H10242131 A JPH10242131 A JP H10242131A JP 4060997 A JP4060997 A JP 4060997A JP 4060997 A JP4060997 A JP 4060997A JP H10242131 A JPH10242131 A JP H10242131A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】エピタキシャル成長に適した清浄な表面状態を
比較的低温で実現できる表面処理技術を確立し、成長界
面での欠陥発生が抑制された高品質なII−VI族化合物薄
膜の成長を実現する、II−VI族化合物半導体の表面処理
方法およびその処理液を提供することを目的とする。 【解決手段】３〜１２ｗｔ％の範囲、好ましくは４〜１
１ｗｔ％の範囲の濃度の重クロム酸カリウム水溶液と硫
酸の混合液（混合比１対０．５〜３）による化学エッチ
ングを行い、かつ水素ガスの還元作用を利用してエピタ
キシャル成長に適した清浄な表面を得るII−VI族化合物
半導体薄膜表面の表面処理方法およびその処理液を用い
る。
比較的低温で実現できる表面処理技術を確立し、成長界
面での欠陥発生が抑制された高品質なII−VI族化合物薄
膜の成長を実現する、II−VI族化合物半導体の表面処理
方法およびその処理液を提供することを目的とする。 【解決手段】３〜１２ｗｔ％の範囲、好ましくは４〜１
１ｗｔ％の範囲の濃度の重クロム酸カリウム水溶液と硫
酸の混合液（混合比１対０．５〜３）による化学エッチ
ングを行い、かつ水素ガスの還元作用を利用してエピタ
キシャル成長に適した清浄な表面を得るII−VI族化合物
半導体薄膜表面の表面処理方法およびその処理液を用い
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はII−VI族化合物半導
体薄膜の成長用基板表面および薄膜上への再成長表面の
成長前処理における、II−VI族化合物半導体の表面処理
方法およびその処理液に関するものである。
体薄膜の成長用基板表面および薄膜上への再成長表面の
成長前処理における、II−VI族化合物半導体の表面処理
方法およびその処理液に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、II族元素であるＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ
の中少なくとも１種類以上の元素と、VI族元素である
Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅの中少なくとも１種類以上の元素からな
るII−VI族化合物のバルク結晶又は薄膜上に、II−VI族
化合物をホモエピタキシャル成長させる場合の表面前処
理法には、大別して以下の２つの手法が取られていた。
の中少なくとも１種類以上の元素と、VI族元素である
Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅの中少なくとも１種類以上の元素からな
るII−VI族化合物のバルク結晶又は薄膜上に、II−VI族
化合物をホモエピタキシャル成長させる場合の表面前処
理法には、大別して以下の２つの手法が取られていた。
【０００３】（１）有機溶剤による洗浄後、高真空チャ
ンバー中で４５０〜５００℃の高温熱処理を行い、酸化
膜除去を行う。
ンバー中で４５０〜５００℃の高温熱処理を行い、酸化
膜除去を行う。
【０００４】（２）酸あるいはアルカリによる化学エッ
チング後、４００〜４５０℃付近まで加熱し、かつ水素
プラズマを照射して酸化膜除去を行う。
チング後、４００〜４５０℃付近まで加熱し、かつ水素
プラズマを照射して酸化膜除去を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のII−VI族化合物半導体の表面処理方法およびその処
理液においては、処理温度が高く、ｐ型ＺｎＳｅ膜が高
抵抗化するため、素子構造上への再成長には適用できな
い共通の問題があった。さらに、上記（１）の手法で
は、蒸気圧の高いＳｅの表面からの脱離が顕著に起こ
り、表面が荒れ、その上に成長した半導体膜中には多量
の欠陥が発生する問題もあった。また、上記（２）の手
法では、１２．８ｗｔ％（重量パ−セント）の濃度の重
クロム酸カリウム水溶液と硫酸の混合液や飽和臭素水と
ＨＢｒの混合液を用いた化学エッチングが行われてきた
が、エッチング後の表面には、蒸気圧が低く除去の難し
いII族元素の酸化膜が厚く形成されている。このII族元
素酸化膜を水素プラズマによるエッチング作用で強制的
に除去するため、表面にプラズマダメージの入った層が
形成され、その上に成長した半導体膜中には多量の欠陥
が発生した。そのうえ、純水素ガスのプラズマを照射す
るため、水素原子が膜中に混入し、ドナーやアクセプタ
をパッシベーションし、基板や薄膜の表面が高抵抗化す
る問題もある。
来のII−VI族化合物半導体の表面処理方法およびその処
理液においては、処理温度が高く、ｐ型ＺｎＳｅ膜が高
抵抗化するため、素子構造上への再成長には適用できな
い共通の問題があった。さらに、上記（１）の手法で
は、蒸気圧の高いＳｅの表面からの脱離が顕著に起こ
り、表面が荒れ、その上に成長した半導体膜中には多量
の欠陥が発生する問題もあった。また、上記（２）の手
法では、１２．８ｗｔ％（重量パ−セント）の濃度の重
クロム酸カリウム水溶液と硫酸の混合液や飽和臭素水と
ＨＢｒの混合液を用いた化学エッチングが行われてきた
が、エッチング後の表面には、蒸気圧が低く除去の難し
いII族元素の酸化膜が厚く形成されている。このII族元
素酸化膜を水素プラズマによるエッチング作用で強制的
に除去するため、表面にプラズマダメージの入った層が
形成され、その上に成長した半導体膜中には多量の欠陥
が発生した。そのうえ、純水素ガスのプラズマを照射す
るため、水素原子が膜中に混入し、ドナーやアクセプタ
をパッシベーションし、基板や薄膜の表面が高抵抗化す
る問題もある。
【０００６】このように、II−VI族化合物のホモエピタ
キシャル成長では、エピタキシャル成長に適した清浄な
表面を得るための表面処理技術が確立していなかった。
そのため、ホモエピタキシャル膜であっても、基板と該
ホモエピタキシャル膜の成長界面（あるいは薄膜上の再
成長界面）で転位や積層欠陥が顕著に発生し、成長膜の
欠陥密度が基板よりも２〜３桁高くなっていた。これら
の欠陥は、II−VI族化合物からなる半導体機能素子の特
性劣化を引き起こしたり、メサ構造の埋込み層を再成長
した場合に再成長界面でのリーク電流パスを形成するな
どの問題があった。
キシャル成長では、エピタキシャル成長に適した清浄な
表面を得るための表面処理技術が確立していなかった。
そのため、ホモエピタキシャル膜であっても、基板と該
ホモエピタキシャル膜の成長界面（あるいは薄膜上の再
成長界面）で転位や積層欠陥が顕著に発生し、成長膜の
欠陥密度が基板よりも２〜３桁高くなっていた。これら
の欠陥は、II−VI族化合物からなる半導体機能素子の特
性劣化を引き起こしたり、メサ構造の埋込み層を再成長
した場合に再成長界面でのリーク電流パスを形成するな
どの問題があった。
【０００７】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、II−VI族化合物薄膜のII−VI族化合物半導
体結晶基板上への成長又はII−VI族化合物薄膜表面上へ
の再成長の際に、エピタキシャル成長に適した清浄な表
面状態を比較的低温で実現できる表面処理技術を確立
し、成長界面での欠陥発生が抑制された高品質なII−Ｖ
Ｉ族化合物薄膜の成長を実現する、ＩＩ−VI族化合物半
導体の表面処理方法およびその処理液を提供することを
目的とする。
れたもので、II−VI族化合物薄膜のII−VI族化合物半導
体結晶基板上への成長又はII−VI族化合物薄膜表面上へ
の再成長の際に、エピタキシャル成長に適した清浄な表
面状態を比較的低温で実現できる表面処理技術を確立
し、成長界面での欠陥発生が抑制された高品質なII−Ｖ
Ｉ族化合物薄膜の成長を実現する、ＩＩ−VI族化合物半
導体の表面処理方法およびその処理液を提供することを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明においては、３ｗｔ％から１２ｗｔ％の範囲
内の濃度の重クロム酸カリウム水溶液と硫酸の混合液に
よる化学エッチングを行い、かつ水素ガスの還元作用を
利用した表面処理方法を用いる。
に、本発明においては、３ｗｔ％から１２ｗｔ％の範囲
内の濃度の重クロム酸カリウム水溶液と硫酸の混合液に
よる化学エッチングを行い、かつ水素ガスの還元作用を
利用した表面処理方法を用いる。
【０００９】また、上記重クロム酸カリウム水溶液の濃
度を４ｗｔ％から１１ｗｔ％の範囲内に限定する。
度を４ｗｔ％から１１ｗｔ％の範囲内に限定する。
【００１０】また、上記重クロム酸カリウム水溶液と上
記硫酸の混合液の混合比が、上記重クロム酸カリウム水
溶液１に対して上記硫酸０．５〜３の範囲内にあるよう
にする。
記硫酸の混合液の混合比が、上記重クロム酸カリウム水
溶液１に対して上記硫酸０．５〜３の範囲内にあるよう
にする。
【００１１】また、上記II−VI族化合物半導体結晶を、
II族元素であるＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄの中少なくとも１種類
以上の元素と、VI族元素であるＳ、Ｓｅ、Ｔｅの中少な
くとも１種類以上の元素からなる化合物半導体とする。
II族元素であるＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄの中少なくとも１種類
以上の元素と、VI族元素であるＳ、Ｓｅ、Ｔｅの中少な
くとも１種類以上の元素からなる化合物半導体とする。
【００１２】また、上記水素ガスの還元作用の利用手法
に、水素を１％以上含むガスのプラズマ照射を用い、半
導体結晶温度を２２０〜３５０℃にする。
に、水素を１％以上含むガスのプラズマ照射を用い、半
導体結晶温度を２２０〜３５０℃にする。
【００１３】また、上記水素ガスの還元作用の利用手法
に、水素ガス中で３００〜３５０℃に加熱する熱処理を
用いる。
に、水素ガス中で３００〜３５０℃に加熱する熱処理を
用いる。
【００１４】また、II−VI族化合物半導体薄膜表面の化
学エッチングを行う表面処理液は、、３ｗｔ％から１２
ｗｔ％の範囲内の濃度の重クロム酸カリウム水溶液と硫
酸とにより構成され、上記重クロム酸カリウム水溶液と
上記硫酸の混合液の混合比が、上記重クロム酸カリウム
水溶液１に対して上記硫酸０．５〜３の範囲内にある表
面処理液を用いる。
学エッチングを行う表面処理液は、、３ｗｔ％から１２
ｗｔ％の範囲内の濃度の重クロム酸カリウム水溶液と硫
酸とにより構成され、上記重クロム酸カリウム水溶液と
上記硫酸の混合液の混合比が、上記重クロム酸カリウム
水溶液１に対して上記硫酸０．５〜３の範囲内にある表
面処理液を用いる。
【００１５】また、上記重クロム酸カリウム水溶液の濃
度は、４ｗｔ％から１１ｗｔ％の範囲内に限定する。
度は、４ｗｔ％から１１ｗｔ％の範囲内に限定する。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明に係るII−VI族化合物半導
体の表面処理方法およびその処理液の第１の実施の形態
を以下に説明する。エピタキシャル成長基板としてII−
VI族半導体であるＺｎＳｅ基板結晶（１００）面を用
い、本発明の表面処理法を施した後、ＺｎＳｅに格子整
合したＺｎＭｇＳＳｅ混晶薄膜を分子線エピタキシー法
（以下ＭＢＥ法と呼ぶ）により成長する場合を選び、本
発明の効果を具体的に図１に示した。
体の表面処理方法およびその処理液の第１の実施の形態
を以下に説明する。エピタキシャル成長基板としてII−
VI族半導体であるＺｎＳｅ基板結晶（１００）面を用
い、本発明の表面処理法を施した後、ＺｎＳｅに格子整
合したＺｎＭｇＳＳｅ混晶薄膜を分子線エピタキシー法
（以下ＭＢＥ法と呼ぶ）により成長する場合を選び、本
発明の効果を具体的に図１に示した。
【００１７】（１００）ＺｎＳｅ基板結晶の準備 先ず、機械的に（１００）面に沿って切り出されたＺｎ
Ｓｅ基板表面をメカノケミカル研磨により鏡面に仕上げ
る。次に、研磨時に生じた加工損傷を含む層（深さ約１
０μｍ程度）を化学エッチングにより厚さ２０μｍ程度
エッチングして取り除く。こうして得られた（１００）
ＺｎＳｅ基板は鏡面を呈しているが、その表面は主に亜
鉛酸化物（以下ＺｎＯ）で覆われており、エピタキシャ
ル成長に適した表面状態ではない。
Ｓｅ基板表面をメカノケミカル研磨により鏡面に仕上げ
る。次に、研磨時に生じた加工損傷を含む層（深さ約１
０μｍ程度）を化学エッチングにより厚さ２０μｍ程度
エッチングして取り除く。こうして得られた（１００）
ＺｎＳｅ基板は鏡面を呈しているが、その表面は主に亜
鉛酸化物（以下ＺｎＯ）で覆われており、エピタキシャ
ル成長に適した表面状態ではない。
【００１８】ＺｎＳｅ基板の表面エッチング 上述した手順により得られたＺｎＳｅ基板（１００）面
を８ｗｔ％の重クロム酸カリウム水溶液と硫酸の混合液
を用いて厚さ２μｍ程度エッチングする。エッチャント
の混合比は、重クロム酸カリウム水溶液１に対して硫酸
１の割合で混合している。
を８ｗｔ％の重クロム酸カリウム水溶液と硫酸の混合液
を用いて厚さ２μｍ程度エッチングする。エッチャント
の混合比は、重クロム酸カリウム水溶液１に対して硫酸
１の割合で混合している。
【００１９】ここでは、８ｗｔ％の重クロム酸カリウム
水溶液と硫酸の混合液（混合比１対１）をエッチングに
使用したが、重クロム酸カリウム水溶液の濃度が３ｗｔ
％から１２ｗｔ％、好ましくは４ｗｔ％から１１ｗｔ％
の範囲内、混合比が重クロム酸カリウム水溶液１に対し
て硫酸０．５〜３の範囲内にあれば、本実施例と同様の
効果が得られる。
水溶液と硫酸の混合液（混合比１対１）をエッチングに
使用したが、重クロム酸カリウム水溶液の濃度が３ｗｔ
％から１２ｗｔ％、好ましくは４ｗｔ％から１１ｗｔ％
の範囲内、混合比が重クロム酸カリウム水溶液１に対し
て硫酸０．５〜３の範囲内にあれば、本実施例と同様の
効果が得られる。
【００２０】水素を含むガスのプラズマの照射 次に、この（１００）ＺｎＳｅ基板をＭＢＥ装置の成長
室内へ搬送し、ヒーターにより２６０℃まで加熱する。
基板温度が安定した後、ＲＦプラズマセルを用いてヘリ
ウムベース水素ガス（水素濃度４％）プラズマ（圧力５
×１０-5Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー２５０Ｗ）を基板上へ１
５分間照射する。このプラズマ照射により、基板表面に
残留している酸化物が還元・蒸発され、エピタキシャル
成長に適した清浄な表面が得られる。試料加熱温度は２
２０〜３５０℃の範囲で同様の効果が得られる。
室内へ搬送し、ヒーターにより２６０℃まで加熱する。
基板温度が安定した後、ＲＦプラズマセルを用いてヘリ
ウムベース水素ガス（水素濃度４％）プラズマ（圧力５
×１０-5Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー２５０Ｗ）を基板上へ１
５分間照射する。このプラズマ照射により、基板表面に
残留している酸化物が還元・蒸発され、エピタキシャル
成長に適した清浄な表面が得られる。試料加熱温度は２
２０〜３５０℃の範囲で同様の効果が得られる。
【００２１】成長膜の品質 プラズマ照射後、基板温度を結晶成長温度である２５０
℃にして、ＺｎＳｅを膜厚１０００Å成長し、続いてＺ
ｎＳｅに格子整合した４元混晶Ｚｎ0.86Ｍｇ0.14Ｓ0.12
Ｓｅ0.88を膜厚１μｍ成長した。得られたＺｎ0.86Ｍｇ
0.14Ｓ0.12Ｓｅ0.88薄膜の欠陥濃度を評価するため、塩
酸により３分間エッチングしてエッチピット密度（以下
ＥＰＤと略す）を測定した。ＥＰＤ値は、基板全面で、
２×１０4〜８×１０4ｃｍ-2の範囲内で分布しており、
平均値では６×１０4ｃｍ-2であった。この値は、従来
技術である１２．８ｗｔ％の重クロム酸カリウム水溶液
を用いた場合のＥＰＤ値〜１０7ｃｍ-2と比較して約３
桁改善している。
℃にして、ＺｎＳｅを膜厚１０００Å成長し、続いてＺ
ｎＳｅに格子整合した４元混晶Ｚｎ0.86Ｍｇ0.14Ｓ0.12
Ｓｅ0.88を膜厚１μｍ成長した。得られたＺｎ0.86Ｍｇ
0.14Ｓ0.12Ｓｅ0.88薄膜の欠陥濃度を評価するため、塩
酸により３分間エッチングしてエッチピット密度（以下
ＥＰＤと略す）を測定した。ＥＰＤ値は、基板全面で、
２×１０4〜８×１０4ｃｍ-2の範囲内で分布しており、
平均値では６×１０4ｃｍ-2であった。この値は、従来
技術である１２．８ｗｔ％の重クロム酸カリウム水溶液
を用いた場合のＥＰＤ値〜１０7ｃｍ-2と比較して約３
桁改善している。
【００２２】さらに、重クロム酸カリウム水溶液と硫酸
の混合比を１対１、放電照射時間を１５分に固定して、
重クロム酸カリウム水溶液の濃度のみを変えて表面処理
したＺｎＳｅ基板上に、Ｚｎ0.86Ｍｇ0.14Ｓ0.12Ｓｅ
0.88膜を成長させて、そのＥＰＤ値を調べた。図１は、
ＥＰＤ値と重クロム酸カリウム水溶液の濃度の関係を示
している。この図より、重クロム酸カリウム水溶液の濃
度が、３ｗｔ％から１２ｗｔ％の範囲、好ましくは４ｗ
ｔ％から１１ｗｔ％の範囲をはずれると、ＥＰＤ値は２
桁程度急増し、結晶品質が低下している。この結果は、
放電照射時間等の放電条件を変えてもほとんど変わらな
かった。このように、同じ物質からなるエッチング液を
用いても、本発明の濃度範囲をはずれるとその効果は急
減する。
の混合比を１対１、放電照射時間を１５分に固定して、
重クロム酸カリウム水溶液の濃度のみを変えて表面処理
したＺｎＳｅ基板上に、Ｚｎ0.86Ｍｇ0.14Ｓ0.12Ｓｅ
0.88膜を成長させて、そのＥＰＤ値を調べた。図１は、
ＥＰＤ値と重クロム酸カリウム水溶液の濃度の関係を示
している。この図より、重クロム酸カリウム水溶液の濃
度が、３ｗｔ％から１２ｗｔ％の範囲、好ましくは４ｗ
ｔ％から１１ｗｔ％の範囲をはずれると、ＥＰＤ値は２
桁程度急増し、結晶品質が低下している。この結果は、
放電照射時間等の放電条件を変えてもほとんど変わらな
かった。このように、同じ物質からなるエッチング液を
用いても、本発明の濃度範囲をはずれるとその効果は急
減する。
【００２３】本発明に係るII−VI族化合物半導体の表面
処理方法およびその処理液の第２の実施の形態を以下に
説明する。
処理方法およびその処理液の第２の実施の形態を以下に
説明する。
【００２４】ここでは、ＧａＡｓ基板上に成長した、II
−VI族半導体薄膜を多層積層したＬＤ素子用ウェハを加
工してメサ型ストライプを形成し、再成長により埋め込
む場合を選び、図２、図３および図４を用いて、本発明
の構成及び効果を具体的に説明する。
−VI族半導体薄膜を多層積層したＬＤ素子用ウェハを加
工してメサ型ストライプを形成し、再成長により埋め込
む場合を選び、図２、図３および図４を用いて、本発明
の構成及び効果を具体的に説明する。
【００２５】ＭＢＥ法による発光素子構造の成長 図２に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、II族元素
であるＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄの中少なくとも１種類以上の元
素と、VI族元素であるＳ、Ｓｅ、Ｔｅの中少なくとも１
種類以上の元素からなるII−VI族化合物薄膜を積層して
ＬＤ素子用ウェハを形成する。始めに、厚さ０．２μｍ
の塩素ドープｎ型ＺｎＳｅ層２（電子濃度２×１０18ｃ
ｍ-3）、厚さ１．２μｍの塩素ドープｎ型Ｚｎ0.9Ｍｇ
0.1Ｓ0.14Ｓｅ0.86クラッド層３（電子濃度１×１０18
ｃｍ-3）、厚さ０．１μｍのノンドープＺｎＳｅ光導波
層４、厚さ８ｎｍのノンドープＺｎ0.85Ｃｄ0.15Ｓｅ活
性層５、厚さ０．１μｍのノンドープＺｎＳｅ光導波層
６、厚さ１．０μｍの窒素ドープｐ型Ｚｎ0.88Ｍｇ0.12
Ｓ0.1Ｓｅ0.9クラッド層７（正孔濃度１×１０17ｃ
ｍ-3）、厚さ０．２μｍ窒素ドープｐ型ＺｎＳｅ層８
（正孔濃度１×１０18ｃｍ-3）、厚さ０．１μｍの窒素
ドープｐ型ＺｎＴｅ層９（正孔濃度１×１０18ｃｍ-3）
の順に基板温度２８０℃で成長し、図２に示すような半
導体レーザーダイオード（以下ＬＤと記述）用ウェハを
得た。
であるＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄの中少なくとも１種類以上の元
素と、VI族元素であるＳ、Ｓｅ、Ｔｅの中少なくとも１
種類以上の元素からなるII−VI族化合物薄膜を積層して
ＬＤ素子用ウェハを形成する。始めに、厚さ０．２μｍ
の塩素ドープｎ型ＺｎＳｅ層２（電子濃度２×１０18ｃ
ｍ-3）、厚さ１．２μｍの塩素ドープｎ型Ｚｎ0.9Ｍｇ
0.1Ｓ0.14Ｓｅ0.86クラッド層３（電子濃度１×１０18
ｃｍ-3）、厚さ０．１μｍのノンドープＺｎＳｅ光導波
層４、厚さ８ｎｍのノンドープＺｎ0.85Ｃｄ0.15Ｓｅ活
性層５、厚さ０．１μｍのノンドープＺｎＳｅ光導波層
６、厚さ１．０μｍの窒素ドープｐ型Ｚｎ0.88Ｍｇ0.12
Ｓ0.1Ｓｅ0.9クラッド層７（正孔濃度１×１０17ｃ
ｍ-3）、厚さ０．２μｍ窒素ドープｐ型ＺｎＳｅ層８
（正孔濃度１×１０18ｃｍ-3）、厚さ０．１μｍの窒素
ドープｐ型ＺｎＴｅ層９（正孔濃度１×１０18ｃｍ-3）
の順に基板温度２８０℃で成長し、図２に示すような半
導体レーザーダイオード（以下ＬＤと記述）用ウェハを
得た。
【００２６】ここでは、発光素子構造の成長にＭＢＥ法
を用いたが、成長法はＭＯＶＰＥ法でもガスソースＭＢ
Ｅ法であっても本発明の効果に変わりはない。
を用いたが、成長法はＭＯＶＰＥ法でもガスソースＭＢ
Ｅ法であっても本発明の効果に変わりはない。
【００２７】メサストライプの形成 次に、このＬＤ用ウェハを加工して図３に示すようなＬ
Ｄ素子を作製する。初めに、このＬＤウェハ上に、ｒｆ
マグネトロンスパッタにより厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2
膜１０を形成し、リフトオフ技術により幅１０μｍのス
トライプ状にＳｉＯ2膜１０を残す。このＳｉＯ2膜１０
をマスクにして、ＢＣｌ3をエッチングガスに用いた反
応性化学エッチング（以下ＲＩＥと呼ぶ）により、マス
ク直下以外の部分をノンドープ光導波層４までエッチン
グしてメサストライプを形成する。
Ｄ素子を作製する。初めに、このＬＤウェハ上に、ｒｆ
マグネトロンスパッタにより厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2
膜１０を形成し、リフトオフ技術により幅１０μｍのス
トライプ状にＳｉＯ2膜１０を残す。このＳｉＯ2膜１０
をマスクにして、ＢＣｌ3をエッチングガスに用いた反
応性化学エッチング（以下ＲＩＥと呼ぶ）により、マス
ク直下以外の部分をノンドープ光導波層４までエッチン
グしてメサストライプを形成する。
【００２８】再成長埋め込み ＲＩＥによりエッチングされたウェハ表面を本発明のエ
ッチング液である重クロム酸カリウム水溶液（５ｗｔ
％）と硫酸の混合液（混合比１：０．５）により０．１
μｍエッチングする。このウェハを埋め込み再成長用の
有機金属気相エピタキシー（以下ＭＯＶＰＥと呼ぶ）反
応炉内へ搬送し、圧力２０ｍＴｏｒｒの１０％の水素を
含むヘリウムガス雰囲気中でＲＦプラズマを起こし、基
板温度を２５０℃に保って１０分間水素プラズマ処理を
行う。このプラズマ処理により、酸化物の除去を行い、
ＳｉＯ2膜１０を除き、再成長用の清浄な表面を得る。
次に、本発明の表面処理を施した部分にＭＯＶＰＥ法の
選択成長技術を用いて、ＺｎＳｅと格子整合した厚さ
１．５μｍのノンドープ半絶縁性Ｚｎ0.8Ｍｇ0.2Ｓ0.16
Ｓｅ0.84層１１（比抵抗１０6Ωｃｍ以上）を成長さ
せ、メサストライプに対して高抵抗埋め込みを施す。
ッチング液である重クロム酸カリウム水溶液（５ｗｔ
％）と硫酸の混合液（混合比１：０．５）により０．１
μｍエッチングする。このウェハを埋め込み再成長用の
有機金属気相エピタキシー（以下ＭＯＶＰＥと呼ぶ）反
応炉内へ搬送し、圧力２０ｍＴｏｒｒの１０％の水素を
含むヘリウムガス雰囲気中でＲＦプラズマを起こし、基
板温度を２５０℃に保って１０分間水素プラズマ処理を
行う。このプラズマ処理により、酸化物の除去を行い、
ＳｉＯ2膜１０を除き、再成長用の清浄な表面を得る。
次に、本発明の表面処理を施した部分にＭＯＶＰＥ法の
選択成長技術を用いて、ＺｎＳｅと格子整合した厚さ
１．５μｍのノンドープ半絶縁性Ｚｎ0.8Ｍｇ0.2Ｓ0.16
Ｓｅ0.84層１１（比抵抗１０6Ωｃｍ以上）を成長さ
せ、メサストライプに対して高抵抗埋め込みを施す。
【００２９】また、重クロム酸カリウム水溶液と硫酸の
混合液に代わり、従来技術である飽和臭素水とＨＢｒの
混合液（飽和臭素水：ＨＢｒ：純水＝１：２：４０）に
より０．１μｍエッチングして再成長する手法を同じウ
ェハに対して行った。このウェハにも以下同様のプロセ
スを施し、図３に示すような素子を形成した。
混合液に代わり、従来技術である飽和臭素水とＨＢｒの
混合液（飽和臭素水：ＨＢｒ：純水＝１：２：４０）に
より０．１μｍエッチングして再成長する手法を同じウ
ェハに対して行った。このウェハにも以下同様のプロセ
スを施し、図３に示すような素子を形成した。
【００３０】電極形成 埋め込み後、ＳｉＯ2膜１０をフッ酸を用いてエッチン
グして取り除く。この表面上に電子ビーム蒸着法によ
り、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜１２と厚さ３００ｎｍのＡｕ
膜１３を連続して形成し、ｐ側電極とする。次に、ｎ型
ＧａＡｓ基板１を臭素とメタノールの混合液を用いた研
磨により厚さを８０μｍにした後、電子ビーム蒸着法に
より、厚さ４０００ｎｍのＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金膜１４
（Ａｕ８５％、Ｇｅ１０％、Ｎｉ５％）を形成しｎ型電
極とする。その後、窒素雰囲気中で２５０℃、３０秒の
条件でフラッシュアニールし、電極金属と半導体との密
着性の向上を図る。最後に、劈開によりＬＤチップをウ
ェハから切り出した。
グして取り除く。この表面上に電子ビーム蒸着法によ
り、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜１２と厚さ３００ｎｍのＡｕ
膜１３を連続して形成し、ｐ側電極とする。次に、ｎ型
ＧａＡｓ基板１を臭素とメタノールの混合液を用いた研
磨により厚さを８０μｍにした後、電子ビーム蒸着法に
より、厚さ４０００ｎｍのＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金膜１４
（Ａｕ８５％、Ｇｅ１０％、Ｎｉ５％）を形成しｎ型電
極とする。その後、窒素雰囲気中で２５０℃、３０秒の
条件でフラッシュアニールし、電極金属と半導体との密
着性の向上を図る。最後に、劈開によりＬＤチップをウ
ェハから切り出した。
【００３１】素子特性 切り出した素子をジャンクションダウンでダイアモンド
ヒートシンク上に金錫共晶合金を用いてマウントし、パ
ルス電源（パルス幅１μｓｅｃ、繰り返し１ｋＨｚ）に
より駆動し、素子特性を測定した。室温での電流−光出
力特性を図４に示す。図中の実線で示されているのが、
本発明の表面処理法を用いて作製した素子の特性であ
り、破線は従来技術を用いて作製した素子の特性であ
る。本発明の表面処理法を用いた素子では、再成長界面
の通したリーク電流が抑えられているため、従来技術を
用いて作製した素子よりも閾値電流が２０〜３０％低く
なっている。
ヒートシンク上に金錫共晶合金を用いてマウントし、パ
ルス電源（パルス幅１μｓｅｃ、繰り返し１ｋＨｚ）に
より駆動し、素子特性を測定した。室温での電流−光出
力特性を図４に示す。図中の実線で示されているのが、
本発明の表面処理法を用いて作製した素子の特性であ
り、破線は従来技術を用いて作製した素子の特性であ
る。本発明の表面処理法を用いた素子では、再成長界面
の通したリーク電流が抑えられているため、従来技術を
用いて作製した素子よりも閾値電流が２０〜３０％低く
なっている。
【００３２】以上説明したように、濃度を３〜１２ｗｔ
％の範囲、好ましくは４〜１１ｗｔ％の範囲に規定した
重クロム酸カリウムと硫酸の混合液（混合比重クロム酸
／硫酸＝０．３〜２）による化学エッチングを行うこと
で、エッチング後の半導体表面を平坦でVI族元素酸化物
により不活性化た状態にできる。一方、従来は、化学エ
ッチング液に飽和臭素水とＨＢｒの混合液や１２．８ｗ
ｔ％の重クロム酸カリウム水溶液と硫酸の混合液が用い
られてきたが、これらのエッチング液ではエッチング後
の表面に、蒸気圧の低いII族元素の酸化膜が厚く形成さ
れるため、熱処理温度も４００℃以上と高くなり、水素
プラズマによるII族元素酸化膜のエッチング後にはダメ
ージ層も残った。これに対し、本発明においては、VI族
酸化物は、II族酸化物に比べて蒸気圧が高く、３００〜
３５０℃程度の熱処理のみでの除去も可能であり、さら
に水素を含むガスのプラズマの還元作用を利用すると、
処理温度を２２０℃付近まで下げられる。その結果、Ｓ
ｅの脱離等により基板表面を荒らすことなく、エピタキ
シャル成長に適した清浄な表面を得られ、ホモエピタキ
シャル成長したII−VI族化合物半導体膜の欠陥濃度が低
減できる。さらに、ｐ型ＺｎＳｅを高抵抗化させること
なく、II−VI族化合物半導体からなる素子構造上への欠
陥濃度の低い高品質薄膜の再成長も可能となり、再成長
界面でのリーク電流の発生も抑制できる。
％の範囲、好ましくは４〜１１ｗｔ％の範囲に規定した
重クロム酸カリウムと硫酸の混合液（混合比重クロム酸
／硫酸＝０．３〜２）による化学エッチングを行うこと
で、エッチング後の半導体表面を平坦でVI族元素酸化物
により不活性化た状態にできる。一方、従来は、化学エ
ッチング液に飽和臭素水とＨＢｒの混合液や１２．８ｗ
ｔ％の重クロム酸カリウム水溶液と硫酸の混合液が用い
られてきたが、これらのエッチング液ではエッチング後
の表面に、蒸気圧の低いII族元素の酸化膜が厚く形成さ
れるため、熱処理温度も４００℃以上と高くなり、水素
プラズマによるII族元素酸化膜のエッチング後にはダメ
ージ層も残った。これに対し、本発明においては、VI族
酸化物は、II族酸化物に比べて蒸気圧が高く、３００〜
３５０℃程度の熱処理のみでの除去も可能であり、さら
に水素を含むガスのプラズマの還元作用を利用すると、
処理温度を２２０℃付近まで下げられる。その結果、Ｓ
ｅの脱離等により基板表面を荒らすことなく、エピタキ
シャル成長に適した清浄な表面を得られ、ホモエピタキ
シャル成長したII−VI族化合物半導体膜の欠陥濃度が低
減できる。さらに、ｐ型ＺｎＳｅを高抵抗化させること
なく、II−VI族化合物半導体からなる素子構造上への欠
陥濃度の低い高品質薄膜の再成長も可能となり、再成長
界面でのリーク電流の発生も抑制できる。
【００３３】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
るII−VI族化合物半導体の表面処理方法およびその処理
液においては、３ｗｔ％から１２ｗｔ％の範囲、好まし
くは４〜１１ｗｔ％の範囲の濃度の重クロム酸カリウム
水溶液と硫酸の混合比１対０．５〜３の混合液により、
II−VI族化合物半導体の表面をエピタキシャル成長に適
した清浄な状態にすることが比較的低温で容易に可能と
なる。その結果、II−VI族化合物半導体基板上への高品
質なII−VI族化合物半導体薄膜のエピタキシャル成長が
可能になるだけでなく、再成長界面でのリーク電流の発
生も抑えられるという効果が得られる。
るII−VI族化合物半導体の表面処理方法およびその処理
液においては、３ｗｔ％から１２ｗｔ％の範囲、好まし
くは４〜１１ｗｔ％の範囲の濃度の重クロム酸カリウム
水溶液と硫酸の混合比１対０．５〜３の混合液により、
II−VI族化合物半導体の表面をエピタキシャル成長に適
した清浄な状態にすることが比較的低温で容易に可能と
なる。その結果、II−VI族化合物半導体基板上への高品
質なII−VI族化合物半導体薄膜のエピタキシャル成長が
可能になるだけでなく、再成長界面でのリーク電流の発
生も抑えられるという効果が得られる。
【００３４】また、II−VI族化合物半導体結晶として
は、II族元素であるＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄの中少なくとも１
種類以上の元素と、VI族元素であるＳ、Ｓｅ、Ｔｅの中
少なくとも１種類以上の元素とから構成される化合物半
導体において、上記の効果が得られる。
は、II族元素であるＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄの中少なくとも１
種類以上の元素と、VI族元素であるＳ、Ｓｅ、Ｔｅの中
少なくとも１種類以上の元素とから構成される化合物半
導体において、上記の効果が得られる。
【００３５】また、水素ガスの還元作用の利用手法に、
水素を１％以上含むガスのプラズマ照射を用い、半導体
結晶温度を２２０〜３５０℃に加熱する処理、または水
素ガス中で３００〜３５０℃に加熱する熱処理を用いる
ことにより、上記の効果が得られる。
水素を１％以上含むガスのプラズマ照射を用い、半導体
結晶温度を２２０〜３５０℃に加熱する処理、または水
素ガス中で３００〜３５０℃に加熱する熱処理を用いる
ことにより、上記の効果が得られる。
【図１】エッチピッド密度と重クロム酸カリウム水溶液
の濃度の関係を示す図である。
の濃度の関係を示す図である。
【図２】第２の実施の形態で用いたＬＤ素子用ウェハを
示す図である。
示す図である。
【図３】本発明の表面処理法を用いて埋め込み再成長を
行い作製したＬＤ素子の構造を示す図である。
行い作製したＬＤ素子の構造を示す図である。
【図４】本発明を利用して作製したＬＤ素子の電流−光
出力特性を示す図である。
出力特性を示す図である。
１…ｎ型（１００）ＧａＡｓ基板 ２…塩素ドープｎ型ＺｎＳｅ層 ３…塩素ドープｎ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.14Ｓｅ0.86クラ
ッド層 ４…ノンドープＺｎＳｅ光導波層 ５…Ｚｎ0.85Ｃｄ0.15Ｓｅ活性層 ６…ノンドープＺｎＳｅ光導波層 ７…窒素ドープｐ型Ｚｎ0.88Ｍｇ0.12Ｓ0.1Ｓｅ0.9クラ
ッド層 ８…窒素ドープｐ型ＺｎＳｅ層 ９…窒素ドープｐ型ＺｎＴｅ層 １０…ＳｉＯ2膜 １１…ノンドープ半絶縁性Ｚｎ0.8Ｍｇ0.2Ｓ0.16Ｓｅ
0.84層 １２…Ｔｉ膜 １３…Ａｕ膜 １４…Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金膜
ッド層 ４…ノンドープＺｎＳｅ光導波層 ５…Ｚｎ0.85Ｃｄ0.15Ｓｅ活性層 ６…ノンドープＺｎＳｅ光導波層 ７…窒素ドープｐ型Ｚｎ0.88Ｍｇ0.12Ｓ0.1Ｓｅ0.9クラ
ッド層 ８…窒素ドープｐ型ＺｎＳｅ層 ９…窒素ドープｐ型ＺｎＴｅ層 １０…ＳｉＯ2膜 １１…ノンドープ半絶縁性Ｚｎ0.8Ｍｇ0.2Ｓ0.16Ｓｅ
0.84層 １２…Ｔｉ膜 １３…Ａｕ膜 １４…Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金膜
Claims (8)
- 【請求項１】化合物半導体薄膜表面の表面処理方法にお
いて、３ｗｔ％から１２ｗｔ％の範囲内の濃度の重クロ
ム酸カリウム水溶液と硫酸の混合液による化学エッチン
グを行い、かつ水素ガスの還元作用を利用して表面処理
を行うことを特徴とするII−VI族化合物半導体の表面処
理方法。 - 【請求項２】上記重クロム酸カリウム水溶液の濃度を４
ｗｔ％から１１ｗｔ％の範囲内に限定することを特徴と
する請求項１記載のII−VI族化合物半導体の表面処理方
法。 - 【請求項３】上記重クロム酸カリウム水溶液と上記硫酸
の混合液の混合比が、上記重クロム酸カリウム水溶液１
に対して上記硫酸０．５〜３の範囲内にあることを特徴
とする請求項１または請求項２に記載のII−VI族化合物
半導体の表面処理方法。 - 【請求項４】上記II−VI族化合物半導体結晶が、II族元
素であるＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄの中少なくとも１種類以上の
元素と、VI族元素であるＳ、Ｓｅ、Ｔｅの中少なくとも
１種類以上の元素からなる化合物半導体であることを特
徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のII−VI族化合
物半導体の表面処理方法。 - 【請求項５】上記水素ガスの還元作用の利用手法に、水
素を１％以上含むガスのプラズマ照射を用い、半導体結
晶温度を２２０〜３５０℃に加熱することを特徴とする
請求項１〜４のいずれかに記載のII−VI族化合物半導体
結晶の表面処理方法。 - 【請求項６】上記水素ガスの還元作用の利用手法に、水
素ガス中で３００〜３５０℃に加熱する熱処理を用いる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のII−
VI族化合物半導体結晶の表面処理方法。 - 【請求項７】化合物半導体薄膜表面の化学エッチングを
行う表面処理液において、３ｗｔ％から１２ｗｔ％の範
囲内の濃度の重クロム酸カリウム水溶液と硫酸とにより
構成され、上記重クロム酸カリウム水溶液と上記硫酸の
混合液の混合比が、上記重クロム酸カリウム水溶液１に
対して上記硫酸０．５〜３の範囲内にあることを特徴と
するII−VI族化合物半導体の表面処理液。 - 【請求項８】上記重クロム酸カリウム水溶液の濃度が、
４ｗｔ％から１１ｗｔ％の範囲内に限定することを特徴
とする請求項７に記載のII−VI族化合物半導体の表面処
理液。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4060997A JPH10242131A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体の表面処理方法およびその処理液 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4060997A JPH10242131A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体の表面処理方法およびその処理液 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10242131A true JPH10242131A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=12585274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4060997A Pending JPH10242131A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体の表面処理方法およびその処理液 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10242131A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015070072A (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | Jx日鉱日石金属株式会社 | 化合物半導体素子の製造方法およびエッチング液 |
| JP2022529927A (ja) * | 2019-04-15 | 2022-06-27 | フォルシュングスツェントルム ユーリッヒ ゲーエムベーハー | オーミック接点の製造およびオーミック接点を備えた電子素子 |
-
1997
- 1997-02-25 JP JP4060997A patent/JPH10242131A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015070072A (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | Jx日鉱日石金属株式会社 | 化合物半導体素子の製造方法およびエッチング液 |
| JP2022529927A (ja) * | 2019-04-15 | 2022-06-27 | フォルシュングスツェントルム ユーリッヒ ゲーエムベーハー | オーミック接点の製造およびオーミック接点を備えた電子素子 |
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