專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法、半導(dǎo)體器件、通信設(shè)備和半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造方法、半導(dǎo)體器件、通信設(shè)備和半導(dǎo)體激光器。更詳細(xì)地，本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)中包括半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的半導(dǎo)體器件的制造方法、半導(dǎo)體器件、通信 設(shè)備和半導(dǎo)體激光器。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體光器件中，有如發(fā)光器件、光接收器件等的進(jìn)行電-光轉(zhuǎn)換/光_電轉(zhuǎn)換的 光器件，和如光波導(dǎo)、光開關(guān)、隔離器(isolator)、光子晶體等的進(jìn)行光信號的傳輸?shù)鹊墓?器件。進(jìn)行上述電-光轉(zhuǎn)換/光-電轉(zhuǎn)換的光器件中，對于半導(dǎo)體激光器、發(fā)光二極管等 的發(fā)光器件，結(jié)構(gòu)中包括半導(dǎo)體層疊構(gòu)造，該半導(dǎo)體層疊構(gòu)造如半導(dǎo)體異質(zhì)構(gòu)造或量子阱 構(gòu)造那樣由包括活性層的多個半導(dǎo)體層構(gòu)成。涉及的發(fā)光器件利用如下所記載的半導(dǎo)體層 疊構(gòu)造中的輻射復(fù)合作用進(jìn)行電_光轉(zhuǎn)換。另一方面，光接收器件也同樣在結(jié)構(gòu)中包括由多個半導(dǎo)體層構(gòu)成的半導(dǎo)體層疊構(gòu) 造。涉及的光接收器件利用如下所記載的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造中的規(guī)定的半導(dǎo)體層的光吸收作 用進(jìn)行光-電轉(zhuǎn)換。進(jìn)行上述光信號的傳輸?shù)墓馄骷?，在結(jié)構(gòu)中包括了根據(jù)其種類而折射率預(yù)先決定 的多個半導(dǎo)體層(或者包括由電光效應(yīng)而折射率可變的半導(dǎo)體層的多個半導(dǎo)體層)所組成 的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造。涉及的進(jìn)行光信號的傳輸?shù)墓馄骷?，利用多個半導(dǎo)體層間的折射率差， 進(jìn)行期望的光信號傳輸。以上的光器件具有以半導(dǎo)體層疊構(gòu)造為主的結(jié)構(gòu)，但在其制造步驟中包括用于使 如下所記載的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的規(guī)定的半導(dǎo)體層的物性改變的工藝。例如，作為光器件的半導(dǎo)體激光器的情況下，對于用于使由輻射復(fù)合所產(chǎn)生的光 共振而產(chǎn)生的激光在外部取出的出射面，形成窗口區(qū)域。也就是說，在半導(dǎo)體激光器中出射 面由于高密度的光吸收而劣化，有引起光學(xué)災(zāi)變(COD，Catastrophic Optical Damage)的 情況。因此，在形成了窗口區(qū)域的半導(dǎo)體激光器中，通過增大相當(dāng)于出射面的位置的半導(dǎo)體 層疊構(gòu)造的半導(dǎo)體的能帶隙，減小該位置的出射光的吸收。為了形成這樣的窗口區(qū)域，如例如專利文獻(xiàn)1所述，GaAs系半導(dǎo)體激光器中，在半 導(dǎo)體層疊構(gòu)造的層疊上形成具有促進(jìn)與窗口區(qū)域?qū)?yīng)的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造中Ga的擴(kuò)散的作 用的電介質(zhì)膜。而且，通過對該半導(dǎo)體層疊構(gòu)造實(shí)施熱處理，進(jìn)行與窗口區(qū)域?qū)?yīng)的半導(dǎo)體 層疊構(gòu)造中的規(guī)定半導(dǎo)體層的混晶化，改變該半導(dǎo)體層的物性值，也就是說，進(jìn)行使能帶隙 變大的工藝。涉及的方法稱作無雜質(zhì)空穴擴(kuò)散(IFVD，ImpurityFree VacancyDisordering) 法。[專利文獻(xiàn)1]特開平7-122816號公報(bào)在制造結(jié)構(gòu)中包括半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的光器件時(shí)，在半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的層疊上形成電介質(zhì)膜后，實(shí)施熱處理的情況下，有半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的層疊表面上形成的電介質(zhì)膜中在 所述熱處理時(shí)產(chǎn)生裂紋從而電介質(zhì)膜的作用降低的情況。由此，會有形成了電介質(zhì)膜的半 導(dǎo)體表面上發(fā)生開裂，之后在該半導(dǎo)體表面上形成電極的情況下接觸電阻增大等問題。尤 其本發(fā)明著眼的IFVD法中，將窗口區(qū)域混晶化，為達(dá)到期望大小的能帶隙，需要比一般熱 處理使用的溫度更高溫度的熱處理，在由現(xiàn)有使用的慣用的工藝制作器件的情況下，由其 熱處理而在電介質(zhì)層發(fā)生裂紋從而嚴(yán)重?fù)p壞電介質(zhì)層的功能，結(jié)果無法形成期望大小的能 帶隙，或是有隨著電介質(zhì)層產(chǎn)生裂紋的半導(dǎo)體層表面的開裂帶來的接觸電阻增大的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題而作，目的在于提供在具有在半導(dǎo)體層表面上形成電介質(zhì)膜 后進(jìn)行熱處理的步驟的半導(dǎo)體器件的制造方法中，即使在進(jìn)行包括熱處理的工藝之后，也 能夠使電介質(zhì)膜的作用充分發(fā)揮的處理方法、以及半導(dǎo)體器件、通信設(shè)備、半導(dǎo)體激光器。為解決上述問題，達(dá)到目的，本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體器件的制造方法，為結(jié)構(gòu)中包括 半導(dǎo)體層和其上堆積的電介質(zhì)層的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于包括半導(dǎo)體層形 成步驟，形成半導(dǎo)體層；表面處理步驟，對于所述半導(dǎo)體層形成步驟中形成的所述半導(dǎo)體層 的表面，實(shí)施用于除去殘留碳化合物的表面處理；電介質(zhì)膜形成步驟，在所述表面處理步驟 中實(shí)施過表面處理的半導(dǎo)體層的表面的至少一部分，以對應(yīng)于所述表面處理后的表面狀態(tài) 的堆積條件，形成電介質(zhì)膜；和熱處理步驟，通過對所述電介質(zhì)膜形成步驟中形成了電介質(zhì) 膜的所述半導(dǎo)體層實(shí)施熱處理，使所述半導(dǎo)體層的至少一部分區(qū)域的結(jié)晶狀態(tài)改變。另外，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，上述發(fā)明中，所述半 導(dǎo)體器件為光器件。另外，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，上述發(fā)明中，所述半 導(dǎo)體器件為半導(dǎo)體激光器。另外，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，上述發(fā)明中，所述半 導(dǎo)體層，為由多種類的半導(dǎo)體層所組成的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造。另外，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，上述發(fā)明中，所述半 導(dǎo)體層疊構(gòu)造中包括化合物系半導(dǎo)體層。另外，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，上述發(fā)明中，所述至 少一部分區(qū)域，為半導(dǎo)體激光器的窗口區(qū)域。另外，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，上述發(fā)明中，所述熱 處理步驟中的熱處理的溫度，為所述半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的至少一層的至少一部分區(qū)域的結(jié)晶 狀態(tài)成為包括混晶的狀態(tài)的溫度以上的溫度。另外，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，上述發(fā)明中，所述表 面處理步驟中，使用硫酸混合液實(shí)施所述表面處理。另外，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，上述發(fā)明中，所述化 合物系半導(dǎo)體層為GaAs系半導(dǎo)體層，通過所述表面處理步驟，表面與水的接觸角為60度以 下。另外，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，上述發(fā)明中，所述電 介質(zhì)膜形成步驟中，以成為與所述表面狀態(tài)對應(yīng)的折射率的堆積條件，使電介質(zhì)膜堆積。
另外，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，上述發(fā)明中，所述電 介質(zhì)膜為SiN，折射率為2. 1以下。另外，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，上述發(fā)明中，所述熱 處理步驟的熱處理的溫度為800°C以上。另外，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體器件，其特征在于，通過上述發(fā)明的任意一項(xiàng)所涉及 的半導(dǎo)體器件的制造方法來制造。另外，本發(fā)明所涉及的通信設(shè)備，其特征在于，使用上述發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體器 件。 另外，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體激光器，為活性層中具有由IFVD法所制作的GaAs 系化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激光器構(gòu)造，其特征在于，活性層的窗口區(qū)域的能帶隙的增加為 70meV以上。另外，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體激光器，為活性層中具有由IFVD法所制作的GaAs系 化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激光器構(gòu)造，其特征在于，活性層的窗口區(qū)域與非窗口區(qū)域的能帶 隙之差A(yù)Eg*50meV以上。(發(fā)明效果)根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法，可以恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行包括熱處理的工藝，達(dá)到 不降低所使用的電介質(zhì)膜的作用的顯著的作用效果。
圖1為以制造步驟順序表示用于構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的光器件的 制造方法所制造的光器件的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的截面圖。圖2為表示制造根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的光器件的制造方法所制造的光 器件的步驟的流程圖。圖3為用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的光器件的制造方法的示意圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的光器件的制造方法所制造的半導(dǎo)體激光 器元件的立體圖。圖5為圖4所示的半導(dǎo)體激光器元件的與ζ軸或χ軸垂直的方向的截面圖。圖6為用于表示制造圖4所示的半導(dǎo)體激光器元件的步驟的、圖4所示的半導(dǎo)體 激光器元件的與ζ軸垂直的方向的截面圖。圖7為用于表示制造圖4所示的半導(dǎo)體激光器元件的步驟的、基板上的半導(dǎo)體層 疊構(gòu)造的一部分截面圖。圖8為表示基于本發(fā)明的洗凈方法的表面狀態(tài)的圖。圖9為表示關(guān)于熱處理后的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的層疊表面的表面狀態(tài)的圖。圖10為表示對半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的層疊表面上形成的電介質(zhì)膜的折射率和與半導(dǎo) 體層疊構(gòu)造的層疊表面上的水的親和性的、熱處理后的層疊表面的表面開裂有無的關(guān)系的 圖。圖11為表示熱處理溫度和相當(dāng)于窗口區(qū)域的半導(dǎo)體層的能帶隙的增加關(guān)系的曲 線圖。圖12為用于表示制造圖4所示的半導(dǎo)體激光器元件的另外的步驟的、圖4所示的半導(dǎo)體激光器元件的與z軸垂直的方向的半導(dǎo)體基板上的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的一部分的截 面圖。圖13為表示根據(jù)本發(fā)明的混晶化所帶來的能帶隙的增大與熱處理溫度的關(guān)系的 圖。符號說明1半導(dǎo)體層疊構(gòu)造2半導(dǎo)體層3層疊表面4、4，電介質(zhì)膜5 區(qū)域6 水10半導(dǎo)體激光器元件11半導(dǎo)體層疊構(gòu)造12半導(dǎo)體層14半導(dǎo)體基板15出射區(qū)域16 水17 脊18 激光19低反射膜20高反射膜21絕緣層22上部電極23下部電極30層疊表面40、40，電介質(zhì)膜
具體實(shí)施例方式本發(fā)明基于下列發(fā)現(xiàn)，即通過將半導(dǎo)體層的表面狀態(tài)與該半導(dǎo)體層上堆積的電介 質(zhì)層的折射率設(shè)為規(guī)定的關(guān)系，從而通過之后的熱處理步驟可防止表面的開裂。以下參照 附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的光器件的制造方法進(jìn)行說明。圖1(a)表示用于構(gòu)成 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的光器件的制造方法所制造的未圖示的光器件的半導(dǎo)體層 疊構(gòu)造1的截面。半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1由多個半導(dǎo)體層2-1、2-2 2-n所構(gòu)成，這些多個(n 層)半導(dǎo)體層2-1、2-2 2-n的半導(dǎo)體材料為多種類。此處本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的光器件的制造方法中，如以下的說明，包括對上 述半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1實(shí)施熱處理的步驟，并利用涉及的熱處理的熱作用。由此，通過如上所 述半導(dǎo)體層2-1、2-2 2-n的半導(dǎo)體材料為多種類，使各半導(dǎo)體層2-1、2-2 2_n各自受 到的熱作用不同，能夠?qū)崿F(xiàn)熱處理的實(shí)效。此外，上述半導(dǎo)體材料無特別的限定，但優(yōu)選由多個構(gòu)成原子所構(gòu)成的化合物系半導(dǎo)體。也就是說其理由為，通過利用由多個構(gòu)成原子所構(gòu)成的化合物系半導(dǎo)體形成半導(dǎo) 體層2-1、2_2 2-n，從而因?yàn)樵摶衔锵蛋雽?dǎo)體的構(gòu)成原子的結(jié)合能根據(jù)構(gòu)成原子的種 類而不同，所以變得容易接受上述熱處理的熱作用。換言之，由于構(gòu)成半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體的 構(gòu)成原子的結(jié)合能根據(jù)構(gòu)成原子的種類而不同，根據(jù)熱處理的熱作用，構(gòu)成原子的一部分 移動，而那個地方的半導(dǎo)體的結(jié)晶狀態(tài)變得容易改變。此處，構(gòu)成原子是用于構(gòu)成半導(dǎo)體材 料自身的原子。當(dāng)然，不僅是化合物系半導(dǎo)體，即使是單一元素組成的半導(dǎo)體材料，如果根 據(jù)熱處理的熱作用由構(gòu)成原子的移動而結(jié)晶狀態(tài)改變，則也可以作為本半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1 的半導(dǎo)體層2-1、2-2 2-n而利用。此外，光器件雖未圖示，但只要是結(jié)構(gòu)中包括上述半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1的光器件，什 么樣的光器件都可以。例如作為光器件，有如發(fā)光器件、光接收器件等的進(jìn)行電-光轉(zhuǎn)換/ 光-電轉(zhuǎn)換的光器件，和如光波導(dǎo)、光開關(guān)、隔離器、光子晶體等的進(jìn)行光信號的傳輸?shù)墓?器件。另外，本發(fā)明不限于光器件，對于半導(dǎo)體層上形成電介質(zhì)層的半導(dǎo)體器件，其粘合性 的改善為必要的，例如M0S 二極管或M0S晶體管等半導(dǎo)體器件，本發(fā)明可廣泛適用。對于制造結(jié)構(gòu)中包括上述半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1的光器件的步驟，參照圖1(a) (c) 所示的說明光器件的制造步驟的一部分的截面圖、圖2所示的流程圖和圖3所示的示意圖 而進(jìn)行說明。首先，制作圖1(a)所示的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1(圖2，ST1)。然后，對圖1(a)所示的 半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1的層疊表面3實(shí)施表面處理(圖2，ST2)。此處，對半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1的層疊表面3實(shí)施了表面處理后的狀態(tài)，如圖3所示， 在實(shí)施了表面處理的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1的層疊表面3上，在假設(shè)存在水6的情況下，優(yōu)選為 層疊表面3表示親水性的性質(zhì)。其理由為，本發(fā)明的表面處理之后，層疊表面3表示所涉 及的性質(zhì)，就是說表示層疊表面3被清潔化，即碳化合物和氧化物被除去，下面的步驟中半 導(dǎo)體層疊構(gòu)造1的層疊表面3上形成電介質(zhì)膜的情況下，可以提高電介質(zhì)膜的膜質(zhì)，進(jìn)而實(shí) 現(xiàn)提高對電介質(zhì)膜的層疊表面3的粘合性。由此可以使形成的電介質(zhì)膜的作用得以充分發(fā) 揮。此外，層疊表面3表示親水性的性質(zhì)，具體是指表示層疊表面3上的水6對于層疊 表面3的接觸角0為60°以下。另一方面，層疊表面3的性質(zhì)不為親水性，也就是說，層疊 表面3的性質(zhì)為疏水性時(shí)，上述接觸角0為90°以上(為親水性和疏水性之間的性質(zhì)的情 況下，e為60 90° )。接觸角e可用測角儀(goniometer)式接觸角測定裝置等來測 定。此外，通過目視，也可以大體區(qū)分e為60°以下、在60 90°的范圍內(nèi)、還是90°以 上，在處理步驟中，通過目視確認(rèn)層疊表面的水的接觸角，可以掌握大致的表面狀態(tài)。如上所述，對半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1的層疊表面3實(shí)施表面處理的情況下，優(yōu)選為使用 酸性液體實(shí)施表面處理。也就是說其理由為，制作了如圖1(a)所示的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1之 后，半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1的層疊表面3接觸空氣而被氧化的情況下，通過使用酸性液體實(shí)施層 疊表面3的表面處理，可以有效進(jìn)行表面形成的氧化物和由表面加工帶來的附著于表面的 碳化合物的殘留物等的污染的去除，可以實(shí)現(xiàn)層疊表面3的清凈化。對層疊表面1實(shí)施表面處理之后，如圖1(b)所示，在半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1的層疊表 面3的至少一部分的規(guī)定的位置，形成例如電介質(zhì)膜4 (圖2，ST3)。在半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1的 層疊表面3形成電介質(zhì)膜4的目的為，使電介質(zhì)膜4具有通過以下說明的熱處理使與形成了該電介質(zhì)膜4的層疊表面3的區(qū)域相當(dāng)?shù)臉?gòu)成半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1的半導(dǎo)體層2-1、2-2 2-n中至少一層的至少一部分區(qū)域的結(jié)晶狀態(tài)的改變促進(jìn)的作用。此處，促進(jìn)使半導(dǎo)體層的結(jié)晶狀態(tài)改變的作用，是指例如構(gòu)成半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1 的半導(dǎo)體層2-1、2_2 2-n的構(gòu)成原子由熱處理的熱作用而移動，或是使該移動了的原子 的空穴移動時(shí)所涉及的移動促進(jìn)。更具體而言，在電介質(zhì)膜4具有吸收移動的半導(dǎo)體層 2-1,2-2 2-n的構(gòu)成原子或是移動的空穴的作用的情況下，可以促進(jìn)使半導(dǎo)體層的結(jié)晶 狀態(tài)改變的作用。另一方面，如圖1(b)所示，也可以在形成了電介質(zhì)膜4的區(qū)域以外的層疊表面3 上形成與電介質(zhì)膜4不同的其它電介質(zhì)膜4’。在半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1的層疊表面3上形成電 介質(zhì)膜4’的目的是，在以下說明的熱處理中保護(hù)層疊表面3，在圖1 (c)的區(qū)域5b的半導(dǎo)體 層疊構(gòu)造1中使電介質(zhì)膜4’具有使結(jié)晶狀態(tài)改變減小的作用。接下來，對層疊表面3的規(guī)定的位置形成電介質(zhì)膜4的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1實(shí)施熱 處理(圖2，ST4)。該熱處理的目的，如下一段的說明，使層疊表面3的規(guī)定的位置形成的 電介質(zhì)膜4所形成的區(qū)域(圖1 (c)的區(qū)域5a)的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1的至少一層的至少一 部分區(qū)域的結(jié)晶狀態(tài)改變。對半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1進(jìn)行熱處理時(shí)，在電介質(zhì)膜4有使半導(dǎo)體層的結(jié)晶狀態(tài)的改 變促進(jìn)的作用的情況下，如圖1(c)所示，電介質(zhì)膜4形成區(qū)域(圖1(c)的區(qū)域5a)的半導(dǎo) 體層疊構(gòu)造1的至少一層的至少一部分區(qū)域的結(jié)晶狀態(tài)改變。另一方面，電介質(zhì)膜4’形成 的區(qū)域(圖1(c)的區(qū)域5b)中，結(jié)晶狀態(tài)的改變少。圖1(c)中，表示電介質(zhì)膜4形成的區(qū)域(圖1(c)的區(qū)域5a)的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造 1的半導(dǎo)體層2-1、2-2 2-n的所有層的結(jié)晶狀態(tài)改變的情況。然而，通過熱處理，電介質(zhì) 膜4形成區(qū)域的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1的半導(dǎo)體層2-1、2-2 2-n當(dāng)中哪個半導(dǎo)體層的結(jié)晶狀 態(tài)改變，在很大程度上取決于構(gòu)成各半導(dǎo)體層2-1、2-2 2-n的半導(dǎo)體材料。例如，當(dāng)相互 相鄰的半導(dǎo)體層2-1、2-2 2-n相互的半導(dǎo)體材料的構(gòu)成原子的結(jié)合能的差相對較大時(shí)， 半導(dǎo)體層的結(jié)晶狀態(tài)則容易改變。熱處理結(jié)束后，通過對半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1實(shí)施其它必要的處理(圖2，ST5)，光器 件完成。此處，其它必要的處理，是指附加構(gòu)成光器件的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1以外的構(gòu)成物， 和/或通過對半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1進(jìn)行與上述表面處理和熱處理不同的處理，制作該光器件 的完成體。例如，光器件為發(fā)光器件、光接收器件的情況下，所涉及的處理為用于發(fā)光器件、 光接收器件的成形的物理加工半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1的蝕刻、鈍化膜的形成、電極的形成、反射 膜的形成。而在光器件為光波導(dǎo)、光開關(guān)、隔離器、光子晶體的情況下，所涉及的處理為用于 光波導(dǎo)、光開關(guān)、隔離器、光子晶體的成形的物理加工半導(dǎo)體層疊構(gòu)造1的蝕刻、鈍化膜的 形成、必要的電極的形成等。(實(shí)施例)對以上說明的本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的光器件的制造方法，列舉更加具體的光 器件的制造方法進(jìn)行說明。作為由本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的光器件的制造方法所制造的 光器件的具體例，可以舉半導(dǎo)體激光器元件，圖4表示其立體圖。圖4所示的半導(dǎo)體激光器 元件10，實(shí)施用于形成脊(ridge) 17的形狀的規(guī)定的物理加工，并以在GaAs半導(dǎo)體基板14上形成了層疊了包括活性層的GaAs系的多個半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11的構(gòu)造作為基 本構(gòu)造。半導(dǎo)體激光器元件10，進(jìn)一步地在脊17的縱向的兩端部，通過與半導(dǎo)體層疊構(gòu)造 11 一體化的半導(dǎo)體基板14被解理，具有2個解理面。2個解理面當(dāng)中，為使半導(dǎo)體層疊構(gòu) 造11的活性層內(nèi)產(chǎn)生的光以上述2個解理面為反射鏡而共振而生成的激光18從半導(dǎo)體激 光器元件10的出射區(qū)域15取出至半導(dǎo)體激光器元件10的外部，在一個解理面上形成低反 射膜19。而另一解理面上，為使生成的激光18只從低反射膜19 一側(cè)高效取出至半導(dǎo)體激 光器元件10的外部，形成高反射膜20。圖5(a)為具體說明圖4所示的半導(dǎo)體激光器元件10的構(gòu)造，表示與圖4的z軸 (光出射方向)相垂直的面的截面圖。另外，圖5(b)表示與圖4的x軸相垂直的面，且穿過 脊17部分的面(也就是說包括半導(dǎo)體激光器元件的共振器的面)的截面圖。半導(dǎo)體激光器 元件10，在結(jié)構(gòu)中包括在厚度100 y m左右的GaAs半導(dǎo)體基板14上形成的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造 11。半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11從下層依次由厚度lOOnm左右的GaAs構(gòu)成的n緩沖層12_1、厚度 2iim左右的AlGaAs(Al的組成為40%)構(gòu)成的n覆蓋層12-2、厚度400nm左右的AlGaAs(Al 的組成為30% )構(gòu)成的n引導(dǎo)層12-3、活性層12-4、厚度400nm左右的AlGaAs (A1的組成 為30 % )構(gòu)成的p引導(dǎo)層12-5、厚度1 y m左右的AlGaAs (A1的組成為50 % )構(gòu)成的p覆蓋 層12-6、厚度500nm左右的GaAs構(gòu)成的為了與電極取得接觸而被高濃度地?fù)诫s(doping) 的P接觸層12-7這樣的多種類的半導(dǎo)體層所構(gòu)成?；钚詫?2-4進(jìn)一步地構(gòu)成為從下層依次由AlGaAs (A1的組成為30% )構(gòu)成的下 部阻擋層12-4a、InGaAS構(gòu)成的量子阱層12_4b、AlGaAs (A1的組成為30% )構(gòu)成的上部阻 擋層12-4c構(gòu)成的量子阱構(gòu)造。此處量子阱構(gòu)造不僅為單一量子阱構(gòu)造，也可以為多重量 子阱構(gòu)造。半導(dǎo)體激光器元件10為了限制活性層12-4中注入電流的區(qū)域，物理加工半導(dǎo)體 層疊構(gòu)造11的上部的一部分，形成脊17。也就是說，物理加工半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11的上部側(cè) 的P覆蓋層12-6的一部分和p接觸層12-7，使加工部分為脊17的形狀。半導(dǎo)體激光器元件10為了使電流從外部注入活性層12-4，在p接觸層12-7面一 側(cè)形成上部電極22，在GaAs半導(dǎo)體基板14的背面形成下部電極23。此外，從外部注入電 流時(shí)，為使只能從脊17的頂部注入，脊17頂部以外的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11的面經(jīng)由絕緣層 21形成上部電極22。此處，如上所述，由加工半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11的一部分而形成的脊17，從上部電極 22和下部電極23注入的電流在活性層12-4的一部分集中，激光18被取出到半導(dǎo)體激光器 元件10的外部。然而，由于從出射區(qū)域15 (參照圖4)射出的激光18的光密度為高密度， 從防止發(fā)生COD的觀點(diǎn)出發(fā)，在包括光出射端面的規(guī)定的區(qū)域中，設(shè)置對激光吸收少的半 導(dǎo)體材料所構(gòu)成的窗口區(qū)域15a，之外的區(qū)域作為非窗口區(qū)域15b (參照圖5b)。成為窗口區(qū)域的區(qū)域15a，通過構(gòu)成半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11的上述GaAs系的化合物 系半導(dǎo)體層的III族原子擴(kuò)散，產(chǎn)生包括混晶的狀態(tài)，從而構(gòu)成區(qū)域15a的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造 11的半導(dǎo)體層的結(jié)晶狀態(tài)成為改變了的狀態(tài)。對制造以上的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器元件10的步驟參照附圖進(jìn)行說明。首先如 圖6(a)所示，使用采用通常所使用的M0CVD(金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積，Metal OrganicChemical Vapor D印osition)法的M0CVD裝置，在GaAs半導(dǎo)體基板14上，外延生長由n緩 沖層12-l、n覆蓋層12-2、n引導(dǎo)層12_3、活性層12_4、p引導(dǎo)層12_5、p覆蓋層12_6、p接 觸層12-7構(gòu)成的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11。在外延生長半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11時(shí)為使規(guī)定的半導(dǎo)體層具有導(dǎo)電性，在n緩沖層 12-1、n覆蓋層12-2的外延生長過程中，進(jìn)行Si的摻雜，在p覆蓋層12-6、p接觸層12_7 的外延生長過程中，進(jìn)行C的摻雜。半導(dǎo)體基板14上，在外延生長半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11后，將半導(dǎo)體基板14搬出M0CVD 裝置外，進(jìn)行半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11的層疊表面30的表面處理。本實(shí)施例的表面處理，使用和 光純藥工業(yè)(株)濃硫酸(95%以上)的原液，對半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11的層疊表面30進(jìn)行 90秒的表面洗凈處理。之后進(jìn)行5分鐘的純水洗凈。進(jìn)行表面處理之后，為了確認(rèn)表面處理后的層疊表面30的表面狀態(tài)，實(shí)施在層疊 表面30上使水滴下的檢查。檢查的結(jié)果，在進(jìn)行了上述使用濃硫酸的表面處理的情況下， 在表面處理后，在層疊表面30上使水16滴下時(shí)，如圖7所示，水16的接觸角0表示作為 表示親水性的角度的約60本實(shí)施例中以上述的由濃硫酸的處理為優(yōu)選例而示出，而如果是可以將表面碳化 合物的殘留成分降低至實(shí)際可忽視的量的方法，則可以作為本發(fā)明的表明洗凈處理來利 用。作為一例，也可以使用硫酸系的蝕刻劑(硫酸過氧化氫水=3 1 50)進(jìn)行表 面處理。檢查結(jié)束后，對與圖6(b)所示的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11的區(qū)域15a和區(qū)域15b相當(dāng) 的層疊表面30，使用CVD裝置，形成折射率分別為1.9、2. 1的SiN所構(gòu)成的電介質(zhì)膜40、電 介質(zhì)膜40’。此外，為比較還另行制作了使折射率在2 2. 2改變的SiN構(gòu)成的電介質(zhì)膜 40’成膜的樣本。在層疊表面30上電介質(zhì)40、電介質(zhì)40’成膜后，對半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11實(shí)施熱處 理。本實(shí)施例中，用于進(jìn)行熱處理的裝置為RTA(快速退火Rapid Thermal Annealing)裝 置。此外，熱處理的條件是溫度為900°C，處理時(shí)間為30秒。通過進(jìn)行熱處理，如圖6(c)所示電介質(zhì)膜40形成的區(qū)域15a的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造 11的至少一層的至少一部分區(qū)域的結(jié)晶狀態(tài)改變。另外，電介質(zhì)膜40’形成的區(qū)域15b中， 結(jié)晶狀態(tài)的改變少。本實(shí)施例的情況下，由熱處理，構(gòu)成構(gòu)成半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11的半導(dǎo)體 層12-1、12-2 12-7的Ga原子向電介質(zhì)膜40的方向移動，被電介質(zhì)膜40吸收。構(gòu)成半導(dǎo) 體層12-1、12-2 12-7的Ga原子移動之后，剩下空穴，剩下位置的半導(dǎo)體層12_1、12_2 12-7的結(jié)晶狀態(tài)成為包括混晶的狀態(tài)。半導(dǎo)體層12-1、12-2 12-7的結(jié)晶狀態(tài)為包括混 晶的狀態(tài)下，該半導(dǎo)體層的能帶隙增加，形成從半導(dǎo)體激光器元件10射出的激光不被能帶 隙增加的層所吸收的窗口區(qū)域。此外，熱處理的溫度為上述的情況下，相當(dāng)于窗口區(qū)域的 半導(dǎo)體層的能帶隙的增加為70meV左右，相當(dāng)于非窗口區(qū)域的半導(dǎo)體層的能帶隙的增加為 lOmeV左右。進(jìn)行熱處理后，進(jìn)行層疊表面30的表面狀態(tài)的檢查。首先，為表示與現(xiàn)有的表面 洗凈處理相比較，圖8(a)中表示由本發(fā)明的洗凈方法所洗凈的半導(dǎo)體表面上堆積電介質(zhì) 層的樣本的俄歇(Auger)分析結(jié)果，圖8(b)中表示利用現(xiàn)有的丙酮或鹽酸的慣用的洗凈 方法所洗凈的半導(dǎo)體表面上堆積電介質(zhì)層的樣本的俄歇分析結(jié)果。由圖的對比，根據(jù)本發(fā)明的洗凈方法，可見由于表面加工引發(fā)的表面的殘留碳化合物顯著減少至實(shí)際可忽視的程 度。另外，可見氧化物也同樣被去除。圖9(a)表示由本發(fā)明的表面處理后堆積電介質(zhì)膜、 進(jìn)行熱處理后的層疊表面30的表面狀態(tài)，但特別是電介質(zhì)膜中不會產(chǎn)生裂紋，層疊表面30 的表面狀態(tài)良好，未降低電介質(zhì)膜的作用。另一方面，圖9(b)表示在基于現(xiàn)有的洗凈法的 表面處理后堆積電介質(zhì)膜、進(jìn)行熱處理后的層疊表面30的表面狀態(tài)，但由于電介質(zhì)膜中產(chǎn) 生裂紋，電介質(zhì)膜從層疊表面30剝離，降低了電介質(zhì)膜的作用。此處圖9(a)和圖9(b)分 別對應(yīng)于圖8(a)和圖8(b)，可見表面洗凈后的殘留碳化合物的有無對之后的電介質(zhì)層的 狀態(tài)有很大的影響。進(jìn)一步地，對于為了比較而使堆積條件改變從而另行制作的、折射率在2 2. 2改 變的SiN所構(gòu)成的電介質(zhì)膜40’在層疊表面30上成膜的樣本，也進(jìn)行了熱處理后的層疊表 面30的表面狀態(tài)的檢查。檢查結(jié)果在圖10中示出。圖10示出對于層疊表面30上形成的電介質(zhì)膜40’的折射率和半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11 的層疊表面30的水的親和性，熱處理后的層疊表面30的表面開裂(圖9所示的電介質(zhì)膜 的剝離)的有無的關(guān)系。從圖10中的理解，表示表面處理后的層疊表面30為親水性，且構(gòu) 成層疊表面30上形成的電介質(zhì)膜的SiN的折射率為2. 1以下的條件的情況下，不產(chǎn)生表面 開裂。也就是說，滿足此條件的情況下，熱處理下不使電介質(zhì)膜的作用降低，可以恰當(dāng)?shù)剡M(jìn) 行該熱處理。圖10所示的關(guān)系為在構(gòu)成半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11的半導(dǎo)體層12為GaAs系、半導(dǎo)體 層疊構(gòu)造11的層疊表面30上形成的電介質(zhì)膜為SiN的情況下的關(guān)系。然而，即使半導(dǎo)體 層12不為GaAs系，或者電介質(zhì)膜不為SiN，只要表面處理后的層疊表面30顯示為親水性， 而電介質(zhì)膜的折射率在規(guī)定值以下的話，層疊表面30上就不產(chǎn)生表面開裂，可以認(rèn)為恰當(dāng) 地進(jìn)行了熱處理。也就是說，表面處理后的表面狀態(tài)，與半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11的層疊表面30和電介質(zhì) 膜的粘合性有關(guān)，電介質(zhì)膜的折射率與構(gòu)成電介質(zhì)膜的電介質(zhì)的密度有關(guān)。另外，電介質(zhì)的 密度與給予形成電介質(zhì)膜的層疊表面30的應(yīng)力有關(guān)。由此，電介質(zhì)膜的折射率在對應(yīng)于層 疊表面30的表面狀態(tài)的規(guī)定值以下的情況下，該電介質(zhì)膜在半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11的層疊表 面30上形成時(shí)，由于在電介質(zhì)膜和層疊表面30的半導(dǎo)體層之間作用的應(yīng)力在最佳狀態(tài)，可 以說熱處理后不會產(chǎn)生表面開裂。換言之，不限于上述材料，關(guān)于半導(dǎo)體層與其上堆積的電 介質(zhì)層，半導(dǎo)體層的表面狀態(tài)與電介質(zhì)層的折射率之間與圖10所示同樣的關(guān)系成立，通過 設(shè)定使層疊表面30的表面狀態(tài)與電介質(zhì)層的折射率在熱處理后的電介質(zhì)膜為良好的范圍 的條件，可改善半導(dǎo)體層與電介質(zhì)層的粘合性，且形成熱處理后不剝離的電介質(zhì)層。本實(shí)施方式中熱處理的溫度為900°C，而也另行制作了在其它溫度下進(jìn)行熱處理 的樣本，進(jìn)行相當(dāng)于窗口區(qū)域的半導(dǎo)體層的能帶隙的增加的測定。圖11為表示熱處理的溫 度和相當(dāng)于窗口區(qū)域的半導(dǎo)體層的能帶隙的增加關(guān)系的曲線圖。由圖11可知，如果熱處 理溫度在800°C以上，則顯示為半導(dǎo)體層12-1、12-2 12-7的結(jié)晶狀態(tài)為包括混晶的狀態(tài) (相當(dāng)于窗口區(qū)域的半導(dǎo)體層的能帶隙增加)。熱處理結(jié)束后，進(jìn)行了為完成半導(dǎo)體激光器元件10的其它的必要的工藝。首先， 為形成脊17，在半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11的層疊表面30中對相當(dāng)于脊17的頂部的位置進(jìn)行平版 印刷(lithography)、掩模(masking)。掩模后，如圖12(a)所示，通過蝕刻而去除掩模了的地方以外的P接觸層12-7、和P覆蓋層12-6的上部，形成脊17。脊17形成后，對半導(dǎo)體層疊構(gòu)造11的露出面使用CVD裝置，使由SiN構(gòu)成的絕緣層成膜。然后如圖12(b)所示，去除上部電極22(參照圖5(a))所接觸位置的絕緣層21。 然后在形成上部電極22之后，研磨半導(dǎo)體基板14的背面至厚度為100 μ m左右為止，在研 磨面上形成下部電極23。然后將半導(dǎo)體基板14搬入退火(anneal)裝置，進(jìn)行所形成的電 極的燒結(jié)。燒結(jié)結(jié)束后，半導(dǎo)體基板14解理為條狀，使用CVD裝置，在解理面的一個面上 形成由電介質(zhì)多層膜構(gòu)成的低反射膜19，在另一面上形成由電介質(zhì)多層膜構(gòu)成的高反射膜 20。最后，按各半導(dǎo)體激光器元件10切分成為條狀的半導(dǎo)體基板14，完成半導(dǎo)體激光器元 件10?；诒景l(fā)明的半導(dǎo)體激光器元件可以應(yīng)用于使用了當(dāng)前普及的半導(dǎo)體激光器的通信 設(shè)備。最后，圖13中表示根據(jù)本發(fā)明的具有GaAs的活性層的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的混晶化 的能帶隙差(AEg，活性層的窗口區(qū)域與非窗口區(qū)域的能帶隙的差)與熱處理溫度之間的 關(guān)系。根據(jù)本發(fā)明，與現(xiàn)有技術(shù)相比，在相同溫度下可到達(dá)更高的AEg。另外，與現(xiàn)有技術(shù) 相比，由于顯現(xiàn)表面開裂的邊界溫度變高，所以與現(xiàn)有技術(shù)相比可在高溫進(jìn)行熱處理，結(jié)果 可制作具有大的能帶隙的窗口區(qū)域。熱處理溫度在900°C左右下，可使窗口區(qū)域的能帶隙的 增加為70meV以上，非窗口區(qū)域的能帶隙的增加為IOmeV以下，可以制作以往無表面開裂的 制作困難的AEg > 50emV的窗口。如上，根據(jù)本發(fā)明，能達(dá)到以下顯著效果半導(dǎo)體層與電介質(zhì)層的粘合性改善，不 會產(chǎn)生電介質(zhì)膜的開裂(剝離)，電介質(zhì)層的作用(窗口區(qū)域的混晶化的促進(jìn)和非窗口區(qū)域 的混晶抑制)被充分發(fā)揮，且不會使接觸電阻增大。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明可適當(dāng)?shù)乩糜诶绻馔ㄐ蓬I(lǐng)域所用的各種半導(dǎo)體器件。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述半導(dǎo)體器件在結(jié)構(gòu)中包括半導(dǎo)體層和在該半導(dǎo)體層上堆積的電介質(zhì)層，該制造方法的特征在于，包括半導(dǎo)體層形成步驟，形成半導(dǎo)體層；表面處理步驟，對于所述半導(dǎo)體層形成步驟中形成的所述半導(dǎo)體層的表面，實(shí)施用于除去殘留碳化合物的表面處理；電介質(zhì)膜形成步驟，在所述表面處理步驟中實(shí)施過表面處理的半導(dǎo)體層的表面的至少一部分，以對應(yīng)于所述表面處理后的表面狀態(tài)的堆積條件，形成電介質(zhì)膜；和熱處理步驟，通過對所述電介質(zhì)膜形成步驟中形成了電介質(zhì)膜的所述半導(dǎo)體層實(shí)施熱處理，從而使所述半導(dǎo)體層的至少一部分區(qū)域的結(jié)晶狀態(tài)改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 所述半導(dǎo)體器件為光器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 所述半導(dǎo)體器件為半導(dǎo)體激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 所述半導(dǎo)體層為由多種類的半導(dǎo)體層構(gòu)成的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 所述半導(dǎo)體層疊構(gòu)造中包括化合物系半導(dǎo)體層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 所述至少一部分區(qū)域?yàn)榘雽?dǎo)體激光器的窗口區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述熱處理步驟中的熱處理的溫度，是所述半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的至少一層的至少一部分 區(qū)域的結(jié)晶狀態(tài)成為包括混晶的狀態(tài)的溫度以上的溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 在所述表面處理步驟中，使用硫酸混合液實(shí)施所述表面處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述化合物系半導(dǎo)體層為GaAs系半導(dǎo)體層，通過所述表面處理步驟，表面與水的接觸 角為60度以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 9中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述電介質(zhì)膜形成步驟以成為與所述表面狀態(tài)對應(yīng)的折射率的堆積條件，使電介質(zhì)膜 堆積。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 所述電介質(zhì)膜為SiN，折射率為2. 1以下。
12.根據(jù)權(quán)利要求1 11中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 所述熱處理步驟中的熱處理的溫度為800°C以上。
13.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，通過權(quán)利要求1 12中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件的制造方法來制造。
14.一種通信設(shè)備，其特征在于，使用了權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件。
15.一種半導(dǎo)體激光器，為活性層中具有由IFVD法所制作的GaAs系化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激光器構(gòu)造，其特征在于，活性層的窗口區(qū)域的能帶隙的增加為70meV以上。
16. 一種半導(dǎo)體激光器，為活性層中具有由IFVD法所制作的GaAs系化合物半導(dǎo)體的半 導(dǎo)體激光器構(gòu)造，其特征在于，活性層的窗口區(qū)域與非窗口區(qū)域的能帶隙之差A(yù)Eg*50meV以上。
全文摘要
一種在結(jié)構(gòu)中包括半導(dǎo)體層和其上堆積的電介質(zhì)層的半導(dǎo)體器件的制造方法，包括半導(dǎo)體層形成步驟，形成半導(dǎo)體層；表面處理步驟，對于所述半導(dǎo)體層形成步驟中形成的所述半導(dǎo)體層的表面，實(shí)施用于除去殘留碳化合物的表面處理；電介質(zhì)膜形成步驟，在所述表面處理步驟中實(shí)施過表面處理的半導(dǎo)體層的表面的至少一部分，以對應(yīng)于所述表面處理后的表面狀態(tài)的堆積條件，形成電介質(zhì)膜；熱處理步驟，通過對所述電介質(zhì)膜形成步驟中形成了電介質(zhì)膜的所述半導(dǎo)體層實(shí)施熱處理，使所述半導(dǎo)體層的至少一部分區(qū)域的結(jié)晶狀態(tài)改變。由此，可以使電介質(zhì)膜的作用充分發(fā)揮。
文檔編號H01S5/323GK101868888SQ20088011725
公開日2010年10月20日 申請日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者片山悅治, 行谷武, 谷口英廣 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社