JP2002237655A - 窒化物半導体素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動作電圧が低く、しかも横モードの安定性に
優れた窒化物半導体素子の製造方法を提供する。 【解決手段】 ＧａＮコンタクト層４２を最上層に有す
る窒化物系III-Ｖ族積層構造を基板上に形成する工程
と、コンタクト層にダメージを与えないでコンタクト層
上に成膜できるＳｉＯ₂ 膜からなる第１の保護膜４４
と、第１の保護膜の膜密度より緻密でコンタクト層に逆
六角錘状ピットが生成するのを抑制するＳｉＮ _X 膜から
なる第２の保護膜４６とのストライプ状積層マスクをコ
ンタクト層上に形成する工程と、積層マスクをエッチン
グマスクにして、コンタクト層を含む積層構造を所定深
さまでエッチングしてストライプ状リッジ部を形成する
工程と、積層マスク上を含めて全面に埋め込み層３４を
無選択成長させる工程と、積層マスクをエッチング停止
層にして埋め込み層をエッチングして、積層マスク上の
埋め込み層を除去し、かつ積層マスク以外の領域の埋め
込み層をコンタクト層の上面まで除去する工程とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体素子
及びその製造方法に関し、更に詳細には、動作電圧が低
く、しかも横モードの安定性の高い窒化物系半導体レー
ザ素子等の窒化物半導体素子及びその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】光記録の分野では、光ディスクなどの光
記録媒体の記録密度を向上させるために、短波長域の光
を発光する半導体レーザ素子の実用化が求められてい
る。そこで、窒化ガリウム（ＧａＮ）系III −Ｖ族化合
物半導体を利用したＧａＮ系半導体レーザ素子の研究が
盛んに行われている。ＧａＮ系化合物半導体は、その禁
制帯幅が１．９ｅＶから６．２ｅＶにわたる直接遷移半
導体であって、可視光領域から紫外光領域の波長で発光
する半導体発光素子を実現できる材料として、特に緑色
から青色、更には紫外線の領域にわたる短波長域で発光
する半導体レーザ素子や発光ダイオード（ＬＥＤ）など
を実現できる材料として注目されている化合物半導体で
ある。

【０００３】また、ＧａＮ系化合物半導体は、ＦＥＴな
どの電子走行素子の材料としても望ましく、例えば、Ｇ
ａＮの飽和電子速度は約２．５ｅＶ×１０⁷ ｃｍ／ｓで
あって、Ｓｉ、ＧａＡｓ及びＳｉＣに比べて大きく、し
かも破壊電界は約５×１０⁶Ｖ／ｃｍとダイアモンドに
次ぐ大きさを持っている。ＧａＮ系化合物半導体は、こ
のような優れた特性を有するので、高周波、高温、大電
力用の電子走行素子の材料として有望視されている。

【０００４】ここで、図６を参照して、従来のＧａＮ系
半導体レーザ素子の構成を説明する。図６は従来のＧａ
Ｎ系半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。従来
のＧａＮ系半導体レーザ素子１０は、図６に示すよう
に、ｃ面のサファイア基板１２上に、低温成長のＧａＮ
バッファ層１４を介して、ＧａＮ下地層１６、ｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１８、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０、
活性層２２、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４、及びｐ型
ＧａＮコンタクト層２６を、順次、積層した積層構造を
備えている。

【０００５】ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４の上層部及
びｐ型ＧａＮコンタクト層２６は、一方向にリッジスト
ライプ状に延びるリッジストライプ部として形成されて
いる。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層１８の上層部、ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層２０、活性層２２、及びｐ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層２４の下層部は、リッジストライプ
部の延在する方向と同じ方向に延在するメサ部として形
成されている。更に、サファイア基板１２の極く薄い上
層部、ＧａＮバッファ層１４、及びＧａＮ下地層１６
は、リッジストライプ部及びメサ部の延在方向と同じ方
向に延びる凹凸構造として形成されていて、ｎ型ＧａＮ
コンタクト層１８とサファイア基板１２との間には極め
て狭い空隙部が生じている。メサ部は凹凸構造の２個の
凸部間に設けてある。

【０００６】活性層２２は、例えば、ＧａＮ層を発光層
とする単一量子井戸構造、又は多重量子井戸構造として
形成されている。リッジストライプ部、メサ部、及びメ
サ部の両側のｎ型ＧａＮコンタクト層１８は、リッジス
トライプ部の上面及びｎ型ＧａＮコンタクト層１８の一
部領域にそれぞれ設けた開口部２８ａ及び２８ｂを除い
て、ＳｉＮ膜からなる保護膜２８で被覆されている。ｐ
型ＧａＮコンタクト層２６上には、開口部２８ａを介し
てＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ電極、Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極、又は
Ｎｉ／Ａｕ電極のような多層金属膜のｐ側電極３０がオ
ーミック接合電極として設けられ、また、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層１８上には、開口部２８ｂを介してＴｉ／Ａ
ｌ／Ｐｔ／Ａｕ電極のような多層金属膜のｎ側電極３２
がオーミック接合電極として設けられている。

【０００７】ほぼｃ軸に沿って延伸する貫通転位がサフ
ァイア基板１２／ＧａＮバッファ層１４界面から発生す
るので、ＧａＮ下地層１６のエピタキシャル成長の際に
は、ＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）法などの
横方向にエピタキシャル成長させる方法を用いて、貫通
転位密度を低減させている。

【０００８】上述のように構成された従来のＧａＮ系半
導体レーザ素子では、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層上層部
及びｐ型ＧａＮコンタクト層をリッジストライプ部とし
て形成して注入電流の電流通路を制限することにより、
動作電流の低減化を図ると共に、リッジストライプ部の
横方向の実効屈折率差によって横モードを制御してい
る。

【０００９】しかし、上述の従来のＧａＮ系半導体レー
ザ素子１０では、リッジストライプ部の両側が空気であ
って、ＧａＮ系半導体レーザ素子より長波長域で発光す
る埋め込みリッジ型ＧａＡｓ系半導体レーザや埋め込み
リッジ型ＩｎＰ系半導体レーザのように、リッジストラ
イプ部の両側が埋め込み半導体層で埋め込まれた構造と
はなっていない。このため、ＧａＮ系半導体レーザ素子
１０では、リッジストライプ部とその両側（空気側）と
の間の実効屈折率差を利用して横モード制御を行ってい
るものの、横方向の実効屈折率差が小さいために横モー
ド制御の実効性が乏しく、横モードの安定化を図ること
が難しいという問題があった。また、熱放散性が低いた
めにレーザ出力の高出力化を図ることが難しいという問
題もあった。更には、コンタクト層がリッジストライプ
状の凹凸構造になっているために、その上に形成した電
極に段切れが生じるなどという問題もあった。以上のよ
うな問題から、従来の非埋め込み型の半導体レーザ素子
では、素子信頼性の更なる向上を図ることが難しかっ
た。

【００１０】そこで、本発明者等は、ＧａＮ系半導体レ
ーザ素子でも、ＧａＡｓ系やＩｎＰ系半導体レーザ素子
と同様に、リッジストライプ部の両側を適切な埋め込み
材料で埋め込んで横方向の実効屈折率差を大きくし、横
モード制御の実効性を高めることが必要であると認識し
た。そして、本発明者等は、ＭＯＣＶＤ法によって比較
的低温でリッジストライプ部上にアンドープのＡｌＧａ
Ｎ層を無選択成長させ、次いでリッジストライプ部上の
ＡｌＧａＮ層をエッチングしてリッジストライプ部の埋
め込み構造を形成することを着想し、種々の実験の末
に、埋め込み層のＡｌ組成を変化させることなどによっ
て、特開２０００−２２３７８１号公報で開示したよう
に、屈折率導波路構造のＡｌＧａＮ埋め込み型半導体レ
ーザ素子を開発した。

【００１１】次に、図７から図１４を参照して、上述の
開示したＡｌＧａＮ埋め込み型ＧａＮ系半導体レーザ素
子の製造方法を説明する。図７から図１４は開示した方
法に従ってＡｌＧａＮ埋め込み型ＧａＮ系半導体レーザ
素子を作製する際の工程毎の断面図である。先ず、図７
（ａ）に示すように、ｃ面のサファイア基板１２上にＧ
ａＮバッファ層１４を有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法により低温成長させ、引き続いて、ＭＯＣＶＤ法
により、ＧａＮバッファ層１４上にＧａＮ下地層１６を
成長させる。ここで、一旦、ＭＯＣＶＤ装置から基板を
取り出し、図７（ｂ）に示すように、一方向に延在する
所定のストライプ形状の保護マスク１７をＧａＮ下地層
１６上に形成する。

【００１２】続いて、保護マスク１７を用いて反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）法により、図８（ｃ）に示す
ように、ＧａＮ下地層１６、ＧａＮバッファ層１４、及
びサファイア基板１２の一部をエッチングし、エッチン
グ後、マスクを除去する。これにより、図８（ｄ）に示
すように、サファイア基板１２の上層部、ＧａＮバッフ
ァ層１４、及びＧａＮ下地層１６をストライプ状の凹凸
構造として形成する。

【００１３】再び、ＭＯＣＶＤ装置に基板を戻し、横方
向成長速度が高い成長条件で、図９に示すように、凹凸
構造の凸部のＧａＮ下地層１６上に、順次、ｎ型ＧａＮ
コンタクト層１８、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０、活
性層２２、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４、及びｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層２６を成長させ、積層構造を形成す
る。

【００１４】次に、図１０に示すように、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層２６上にＳｉＯ₂ 膜２７を成膜し、続いてＳ
ｉＯ₂ 膜２７上にフォトレジスト膜を塗布し、パターニ
ングして、一方向に延在する所定のストライプ形状のパ
ターンを備えたレジストマスク２９を形成する。この
際、ＧａＮ下地層１６等からなる下部凹凸構造の凸部の
上方領域にレジストマスク２９を形成しないように、平
面的な配置上で凸部からずらしてＳｉＯ₂膜２７上にレ
ジストマスク２９を形成する。

【００１５】レジストマスク２９を用いた反応性イオン
エッチング（ＲＩＥ）法によりエッチングして、図１１
（ａ）に示すように、ＳｉＯ₂ 膜２７をパターニング
し、エッチングの後、レジストマスク２９を除去してＳ
ｉＯ₂ 膜２７からなるエッチングマスク３１をｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層２６上に形成する。次いで、図１１
（ｂ）に示すように、エッチングマスク３１を使って、
ｐ型ＧａＮコンタクト層２６をエッチングし、更に、ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層２４の厚さ方向の途中の深さま
で、エッチングする。これにより、ｐ型ＧａＮコンタク
ト層２６及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４の上層部を
リッジストライプ部として形成する。次いで、図１１
（ｃ）に示すように、エッチングマスク３１上を含めて
基板全面にＡｌＧａＮ埋め込み層３４を成長させる。

【００１６】次に、図１２（ｄ）に示すように、ＡｌＧ
ａＮ埋め込み層３４上にプロセス保護膜３６としてＳｉ
Ｏ₂ 膜を成膜し、続いて図１２（ｅ）に示すように、リ
ッジストライプ部上が薄く、その両側が厚くなるよう
に、つまり表面がほぼ同じ高さになるようにレジスト膜
３８をプロセス保護膜３６上に成膜する。続いて、図１
２（ｆ）に示すように、レジスト膜３８をエッチングし
て、リッジストライプ部上のプロセス保護膜３６を露出
させる。

【００１７】次いで、図１３（ｇ）に示すように、残留
させたレジスト膜３８をマスクにして、プロセス保護膜
３６を選択的にエッチングして開口３６ａを形成し、開
口３６ａからＡｌＧａＮ埋め込み層３４を露出させる。
更に、レジスト膜３８をアッシングにより除去して、図
１３（ｈ）に示すように、開口３６ａ以外の領域のプロ
セス保護膜３６を露出させる。続いて、露出させたプロ
セス保護膜３６をマスクにしてケミカルエッチング法に
より、エッチングマスク３１が露出するまで、開口３６
ａ内のＡｌＧａＮ埋め込み層３４をエッチングする。こ
の際、エッチングマスク３１はエッチング停止層として
機能する。次に、プロセス保護膜３６及びエッチングマ
スク３１をエッチング除去して、図１３（ｉ）に示すよ
うに、ｐ型ＧａＮコンタクト層２６及びＡｌＧａＮ埋め
込み層３４を露出させる。

【００１８】ｐ型ＧａＮコンタクト層２６及びｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層２６の両側のＡｌＧａＮ埋め込み層３４
上に、一方向に延在する所定のストライプ形状のレジス
トマスク（図示せず）を形成し、続いてレジストマスク
を用いてＲＩＥ法によりｎ型ＧａＮコンタクト層１８の
厚さ方向の途中の深さまでエッチングし、エッチングの
後、マスクを除去する。これにより、図１４に示すよう
に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１８の上層部、ｎ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層２０、活性層２２、ｐ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層２４、及びＡｌＧａＮ埋め込み層３４を、リッジ
ストライプ部の延在する方向と平行な方向に延在するメ
サ部として形成することができる。次に、ＳｉＯ₂ 膜か
らなる保護膜を全面に成膜し、保護膜に設けた開口を介
して、ｐ型ＧａＮコンタクト層２６上にｐ側電極を、ｎ
型ＧａＮコンタクト層１８上にｎ側電極を形成する。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
して作製したＡｌＧａＮ埋め込み型ＧａＮ系半導体レー
ザ素子は、前述した図６に示す非埋め込み型のＧａＮ系
半導体レーザに比べて、横モードの安定性は優れている
ものの、動作電圧が若干高くなってしまうという問題が
あった。そこで、本発明の目的は、動作電圧が低く、し
かも横モードの安定性に優れたＡｌＧａＮ埋め込み型Ｇ
ａＮ系半導体レーザ素子を始めとする窒化物半導体素子
及びその製造方法を提供することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、透過電子
顕微鏡（ＴＥＭ）などを用いて上述のＡｌＧａＮ埋め込
み型ＧａＮ系半導体レーザ素子の断面構造を解析したと
ころ、ｐ型ＧａＮコンタクト層２６の上表面には、図１
５に示すような数十ｎｍ程度の深さの逆六角錐状ピット
が無数に形成されていて、表面が荒れていることを見出
した。そして、逆六角錐状ピットによる表面荒れが、コ
ンタクト層と電極とのオーミックコンタクトの電気的抵
抗を増大させ、動作電圧を上昇させる原因になることを
突き止めた。図１５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、逆
六角錐状ピットの平面図及び側面図である。

【００２１】そこで、本発明者等は、動作電圧が上昇し
ないようにするためには、逆六角錐状ピットが形成され
ないようにすることが重要であると考え、上述のＡｌＧ
ａＮ埋め込み型ＧａＮ系半導体レーザ素子の製造方法に
ついて鋭意検討を行った。そして、電子ビーム蒸着法に
よって成膜したＳｉＯ₂ 膜からなるマスク３１をｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層２６上に形成し、続いてマスク３１上
を含めてＡｌＧａＮ層３４を無選択成長させる過程で、
ｐ型ＧａＮコンタクト層２６の表面に逆六角錐状ピット
が発生することを確認した。更に、ＡｌＧａＮ層３４の
成長用原料ガス、特にＶ族原料ガスとして使用するＮＨ
₃ ガス、又はキャリアガスとして使用するＨ₂ ガスが、
ＳｉＯ₂ 膜マスク３１中を拡散してコンタクト層２６に
達し、コンタクト層２６をアタックして腐食痕として逆
六角錐状ピットを形成することを突き止めた。

【００２２】ＡｌＧａＮ成長用の原料ガスからなる腐食
性ガス雰囲気からＧａＮコンタクト層を保護するために
は、原料ガスの浸透、拡散を抑制する保護マスクをＧａ
Ｎコンタクト層上に形成することが必要であると考え、
種々のマスク材の可否を検討した。即ち、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層表面の一部領域に、種々の材料で厚さ２００
ｎｍのストライプ状マスクを形成し、マスク上を含めて
ＧａＮ層を無選択成長させ、マスク直下のコンタクト層
に逆六角錐状ピットが形成されているかどうかをＴＥＭ
や走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察したところ、ＰＥ
ＣＶＤ法により成膜したＳｉＮ_x を用いた場合に、逆六
角錐状ピットがマスク直下のＧａＮ層表面に形成されな
いことを確認した。

【００２３】上述のように、逆六角錐状ピットは、ＭＯ
ＣＶＤ法によるＧａＮ層成長に必要なＨ₂ キャリアガス
やＮＨ₃ ガスがマスク材を拡散してＧａＮ表面に達し、
ＧａＮ表面をエッチングすることによって形成される
が、ＰＥＣＶＤ法により成膜したＳｉＮ_x 膜は、従来の
マスクとして使用している電子ビーム蒸着法によるＳｉ
Ｏ₂ 膜よりも膜質が緻密である。膜質が緻密なＳｉＮ_x
膜は、ＳｉＮ_x 膜中のＨ₂ キャリアガスやＮＨ₃ ガスの
浸透、拡散を抑制するので、Ｈ₂ キャリアガスやＮＨ₃
ガスがコンタクト層に到達できず、ＳｉＮ_x 膜下のＧａ
Ｎコンタクト層に逆六角錐状ピットが生成しないと考え
られる。

【００２４】そこで、本発明者等は、ＡｌＧａＮ層を無
選択成長させる際のＧａＮコンタクト層の保護マスク材
として、ＰＥＣＶＤ法により成膜したＳｉＮ_x 膜を用い
れば、逆六角錐状ピットの発生を抑制できると考え、Ｐ
ＥＣＶＤ法によるＳｉＮ_x 膜マスクをｐ型ＧａＮコンタ
クト層上に形成し、所定の工程を得た後、ＳｉＮ_x 膜マ
スクを除去し、ｐ側電極を形成したところ、コンタクト
層に逆六角錐状ピットが形成されていないのにもかかわ
らず、動作電圧の上昇が生じた。これは、ＰＥＣＶＤ法
によるＳｉＮ_x 膜成膜の際にコンタクト層に与えるプラ
ズマダメージが原因であると考えられる。これに関し、
Arulkumaran らは、ＰＥＣＶＤ法によるＳｉＮ_x を直接
ＧａＮ層上に堆積させると、余分な界面準位が生じてし
まうと報告している（Appled Physics Letter 誌 vol.
73, p.809 ）。このように、ＰＥＣＶＤ法によるＳｉＮ
_x 膜を直接、ＧａＮコンタクト層上に成膜することは、
コンタクト層のプラズマダメージに起因して、動作電圧
の上昇を招くので好ましくない。

【００２５】上記の相反する問題を解決するためには、
ＧａＮコンタクト層にダメージを与えないでコンタクト
層上に成膜できる第１の保護膜と、第１の保護膜上に成
膜した、第１の保護膜より膜質が緻密で、腐食性ガスの
拡散を抑制する、従って、逆六角錐状ピットの形成を抑
制する効果のある第２の保護膜とを含む２層以上の多層
保護膜をマスクとして用いれば良いと、本発明者等は考
えた。例えば、ＧａＮ層上に電子ビーム蒸着法によるＳ
ｉＯ₂ 膜を成膜させた後に、ＰＥＣＶＤ法によるＳｉＮ
_x 膜を成膜させれば良い。本発明者等は、種々の実験の
結果、電子ビーム蒸着法による膜厚４００ｎｍのＳｉＯ
₂ 膜を第１の保護膜とし、第１の保護膜上にＰＥＣＶＤ
法による膜厚１０ｎｍ以上のＳｉＮ_x 膜を第２の保護膜
として成膜し、第１及び第２の保護膜からなる積層マス
クを用いることにより、逆六角錐状ピットがマスク直下
のＧａＮ層表面に生成しないことを確認した。また、以
上の説明では、ＧａＮコンタクト層を例にして説明した
が、これはコンタクト層に限って適用できる方法ではな
く、腐食性ガスに曝される窒化物系エピタキシャル成長
層に普遍的に適用できる方法である。

【００２６】上記目的を達成するために、上述の知見に
基づいて、本発明に係る窒化物半導体素子は、窒化物系
エピタキシャル成長層を最上層に有するストライプ状リ
ッジ部の両側を、窒化物系エピタキシャル成長層に対し
て腐食性の原料ガスを使って成長させた埋め込み層で埋
め込んだ構造を備える窒化物半導体素子において、埋め
込み層を成長させる際、窒化物系エピタキシャル成長層
の表面を損傷することなく窒化物系エピタキシャル成長
層上に成膜できる第１の保護膜を窒化物系エピタキシャ
ル成長層上に成膜し、次いで第１の保護膜より膜質が緻
密で、腐食性の原料ガスの浸透、拡散を抑制する第２の
保護膜を第１の保護膜上に成膜して、第１の保護膜及び
第２の保護膜を有する２層以上の積層保護膜からなるマ
スクを窒化物系エピタキシャル成長層上に形成し、次い
で積層マスク上を含む全面に埋め込み層を無選択成長さ
せることにより、ピット状の腐食痕を表面に有しない窒
化物系エピタキシャル成長層を最上層に有するリッジ部
の埋め込み構造を備えることを特徴としている。

【００２７】本発明では、無選択成長させた埋め込み層
を選択的にエッチングする際のマスクが、窒化物系エピ
タキシャル成長層にダメージを与えないで窒化物系エピ
タキシャル成長層上に成膜できる第１の保護膜と、ピッ
ト状の腐食痕が窒化物系エピタキシャル成長層に生成す
るのを抑制するために、膜質が第１の保護膜より緻密
で、埋め込み層の無選択成長の際の腐食性の原料ガスの
浸透、拡散を抑制する第２の保護膜とを含む２層以上の
積層マスクで形成されている。これにより、本発明に係
る窒化物半導体素子は、ピット状の腐食痕を表面に有し
ない窒化物系エピタキシャル成長層を最上層に有するリ
ッジ部の埋め込み構造を備えることができる。

【００２８】本発明及び本発明方法で、窒化物系エピタ
キシャル成長層とは、Ｖ族元素として窒素（Ｎ）を有す
るIII-Ｖ族化合物半導体層のエピタキシャル成長層を言
い、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａ
ＩｎＮ、ＢＮ等である。また、本発明に係る窒化物半導
体素子は、窒化物系エピタキシャル成長層を主たる構成
要素とする半導体素子であって、例えば窒化物系III-Ｖ
族化合物半導体層からなるレーザ構造を備えたＧａＮ系
埋め込み型半導体レーザ素子、或いはＬＥＤ等の窒化物
半導体発光素子でも、また、ＦＥＴなどの電子走行素子
でも良い。更には、本発明及び本発明方法で、窒化物半
導体素子は、リッジ部の埋め込み構造が窒化物半導体素
子の最上部の構造である必要はなく、リッジ部の埋め込
み構造上に更に窒化物半導体層を備えていても良い。つ
まり、埋め込み構造とは、コンタクト層を最上層とする
リッジ部の両側を埋め込んだ構造に限らず、例えばクラ
ッド層を最上層とするメサ構造の両側を埋め込んだ構造
であって、クラッド層上に他の化合物半導体層、例えば
クラッド層の再成長層、コンタクト層等を有する構造の
ものでも良い。

【００２９】本発明では、埋め込み層が、窒化物系エピ
タキシャル成長層に対して腐食性の原料ガスを使って成
長させた埋め込み層である限り、埋め込み層の組成には
制約は無く、必ずしも窒化物系エピタキシャル成長層で
ある必要はないが、例えば、前記埋め込み層がＡｌＧａ
Ｎ層であり、前記窒化物系エピタキシャル成長層が電極
とオーミックコンタクトさせるＧａＮコンタクト層であ
って、前記腐食痕が逆六角錐状ピットである。好適に
は、第１の保護膜は電子ビーム蒸着法により成膜した二
酸化珪素膜であり、第２の保護膜はプラズマＣＶＤ法に
より成膜した窒化珪素膜である。

【００３０】本発明の技術的思想は、埋め込み型窒化物
半導体素子に限らず、窒化物半導体素子の製造に当た
り、比較的高温下で種々の腐食性ガス雰囲気中に窒化物
半導体積層構造を暴露する際に、窒化物系エピタキシャ
ル膜表面を保護膜で保護する必要のある場合にも好適に
適用できる。そこで、本発明に係る窒化物半導体素子の
製造方法は、腐食性ガス雰囲気に窒化物系エピタキシャ
ル成長層を曝す工程を有する、窒化物半導体素子の製造
方法において、窒化物系エピタキシャル成長層を腐食性
ガス雰囲気に曝す工程の前に、窒化物系エピタキシャル
成長層の表面を損傷することなく窒化物系エピタキシャ
ル成長層上に成膜できる第１の保護膜を窒化物系エピタ
キシャル成長層上に成膜し、次いで第１の保護膜より膜
質が緻密で、腐食性ガスの浸透、拡散を抑制する第２の
保護膜を第１の保護膜上に成膜して、第１の保護膜及び
第２の保護膜を有する２層以上の積層保護膜からなるマ
スクを窒化物系エピタキシャル成長層上に形成する工程
を有することを特徴としている。本発明方法では、腐食
性ガス雰囲気の生成原因は問わないが、例えば腐食性ガ
ス雰囲気は、窒化物系エピタキシャル成長層上に成膜す
る別の窒化物系エピタキシャル成長層の原料ガスによっ
て生成される。

【００３１】また、本発明に係る窒化物半導体素子の製
造方法は、窒化物系コンタクト層を最上層に有するスト
ライプ状リッジ部の両側を、窒化物系コンタクト層に対
して腐食性の原料ガスを使って成長させた埋め込み層で
埋め込んだ構造を備える窒化物半導体素子の製造方法に
おいて、エピタキシャル成長させた窒化物系コンタクト
層を最上層に有する積層構造を形成する工程と、窒化物
系コンタクト層の表面を損傷することなく窒化物系コン
タクト層上に成膜できる第１の保護膜を窒化物系コンタ
クト層上に成膜し、次いで第１の保護膜より膜質が緻密
で、腐食性の原料ガスの浸透、拡散を抑制する第２の保
護膜を第１の保護膜上に成膜して、第１の保護膜及び第
２の保護膜を有する２層以上の積層保護膜からなるスト
ライプ状マスクを窒化物系コンタクト層上に形成する工
程と、積層マスクをエッチングマスクにして、窒化物系
コンタクト層を含めて積層構造を所定深さまでエッチン
グしてストライプ状リッジ部を形成する工程と、積層マ
スク上を含む全面に埋め込み層を無選択成長させて、リ
ッジ部を埋め込む工程と、積層マスクをエッチング停止
層にして埋め込み層をエッチングして、積層マスク上の
埋め込み層を除去し、かつ積層マスク以外の領域の埋め
込み層を窒化物系コンタクト層の上面まで除去する工程
とを有することを特徴としている。

【００３２】本発明方法では、電子ビーム蒸着法による
二酸化珪素膜を第１の保護膜とする際の膜厚は５０ｎｍ
から１μｍであり、プラズマＣＶＤ法により窒化珪素膜
を第２の保護膜とする際の膜厚は５ｎｍから１００ｎｍ
である。

【００３３】本発明方法では、所定のストライプ状リッ
ジ部を形成し、次いでリッジ上にマスクが載った状態で
埋め込み層を無選択成長させ、次いでマスクをエッチン
グ停止層として用いて埋め込み層をエッチングして、リ
ッジ部の両側を埋め込むことにより、選択成長法を適用
し難い埋め込み層材料、例えばＡｌＧａＮを用いつつ、
電流狭窄構造を再現性良く、かつ、安定的に形成するこ
とができる。更に、マスクとして、コンタクト層にダメ
ージを与えない第１の保護膜と、膜質が緻密で、腐食性
ガスの浸透、拡散を抑制する、従って逆六角錐状ピット
の形成を抑制する第２の保護膜を含む２層以上の積層マ
スクを用いることにより、腐食痕の無いコンタクト層を
有し、動作電圧の低い窒化物系半導体レーザ素子等の窒
化物半導体素子を実現することができる。また、ストラ
イプ状リッジ部の両側を低屈折率の埋め込み層で埋め込
むことにより、窒化物系半導体レーザ素子の横方向の実
効屈折率差を大きくして横モードの安定性を高め、しか
も熱放散性を向上させることができる。更には、埋め込
み層成長時にコンタクト層を損傷させるようなことがな
くなるので、埋め込み層の成長プロセスの安定性が向上
し、かつ埋め込み層の材料選択の自由度が増える。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照して、実
施形態例に基づいて本発明をより詳細に説明する。尚、
以下の実施形態例で示す成膜方法、化合物半導体層の組
成及び膜厚、リッジ幅、プロセス条件等は、本発明の理
解を容易にするための一つの例示であって、本発明はこ
の例示に限定されるものではない。半導体発光素子の実施形態例 本実施形態例は、本発明に係る窒化物半導体素子をＧａ
Ｎ系半導体レーザ素子に適用した実施形態の一例であっ
て、図１は本実施形態例のＧａＮ系半導体レーザ素子の
構成を示す断面図である。図１及び以下の図２から図６
に示す部位のうち図７から図１４に示すものと同じもの
には同じ符号を付している。本実施形態例のＧａＮ系半
導体レーザ素子４０は、図１に示すように、低温成長の
ＧａＮバッファ層１４を介し、ｃ面のサファイア基板１
２の上に順次成膜した、ＧａＮ下地層１６、ｎ型ＧａＮ
コンタクト層１８、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０、活
性層２２、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４、及びｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層４２の積層構造を有する。

【００３５】サファイア基板１２の上部、ＧａＮバッフ
ァ層１４、及びＧａＮ下地層１６は、一方向に延在する
所定のストライプ状の凹凸構造として形成されていて、
ｎ型ＧａＮコンタクト層１８とサファイア基板１２との
間には、極めて狭い空隙が生じている。活性層２２は、
ＧａＩｎＮ層を発光層とする単一量子井戸構造、又は多
重量子井戸構造であって、量子井戸構造上にクラッド層
を成長させる際に量子井戸構造の劣化を防止するために
設けられたｐ型ＡｌＧａＮ劣化防止層（図示せず）を量
子井戸構造上に備えている。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
２０及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４のIII 族元素の
組成は、例えばＡｌが８％、Ｇａが９２％である。

【００３６】ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４の上層部及
びｐ型ＧａＮコンタクト層４２は、一定方向に延びる幅
（ストライプ幅）４μｍのストライプ形状のリッジスト
ライプ部として形成されている。リッジストライプ部の
両側は、アンドープのＡｌＧａＮ埋め込み層３４で埋め
込まれている。、ＡｌＧａＮ埋め込み層３４のIII 族元
素の組成は、例えばＡｌが１０％、Ｇａが９０％であ
る。ＡｌＧａＮ埋め込み層３４のＡｌ組成は、電気抵抗
の高い電流狭窄層として機能するように、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層２４のＡｌ組成より大きい値に設定されて
いるので、ＡｌＧａＮ埋め込み層３４はｐ型ＡｌＧａＮ
クラッド層２４より低屈折率であり、これによってリッ
ジ部の横方向の実行屈折率差が多くなる。

【００３７】ｎ型ＧａＮコンタクト層１８の上層部、ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層２０、活性層２２、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層２４の下層部、及びＡｌＧａＮ埋め込み
層３４は、リッジストライプ部と同じ方向に延在し、メ
サ幅がリッジストライプ部のストライプ幅より大きなス
トライプ状のメサ部として形成されている。メサ部は、
サファイア基板１２の上部、ＧａＮバッファ層１４、及
びＧａＮ下地層１６からなる凹凸構造の凸部間に位置す
るように形成されている。ＡｌＧａＮ埋め込み層３４、
メサ部の両側面、及びメサ部の両脇のｎ型ＧａＮコンタ
クト層１８上には、例えばＳｉＯ₂ 膜からなる保護膜
（絶縁膜）２８が設けられている。保護膜２８は、リッ
ジストライプ部の上面の一部及びメサ部の両脇のｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層４上の一部にそれぞれ開口２８ａ、２
８ｂを備えている。

【００３８】そして、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕからなる多層金
属膜のｐ側電極３０が、保護膜２８の開口２８ａを介し
てｐ型ＧａＮコンタクト層４２にオーミックコンタクト
し、Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕからなる多層金属膜のｎ側
電極３２が、保護膜２８の開口２８ｂを介してｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１８とオーミックコンタクトしている。

【００３９】レーザ構造を形成する各窒化物系III-V 族
化合物半導体層の厚さの一例を挙げると、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層１８の厚さは４．５μｍ、及びｎ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層２０の厚さは１．３μｍである。また、リ
ッジストライプ部のｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４の厚
さは０．９μｍ、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４のリッ
ジストライプ部の両側の部分の厚さは０．３μｍ、ｐ型
ＧａＮコンタクト層４２の厚さは０．１μｍである。

【００４０】後述するように、ＡｌＧａＮ埋め込み層３
４は、成膜に際してｐ型ＧａＮコンタクト層４２にダメ
ージを与えない第１の埋め込み用保護膜と、逆六角錐状
ピットの発生を抑制する効果のある膜質が緻密な第２の
埋め込み用保護膜とを、順次、積層させてなる２層保護
膜のマスクでリッジストライプ部上のｐ型ＧａＮコンタ
クト層４２をマスクした状態で、ｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層２４上にＡｌＧａＮ層を無選択成長させ、リッジス
トライプ部を埋め込む。そして、リッジストライブ部上
の２層保護膜マスクをエッチング停止層として用いてＡ
ｌＧａＮ層をエッチングすることにより、リッジストラ
イプ部上のＡｌＧａＮ層を除去することによって形成さ
れたものである。これにより、本実施形態例のＧａＮ系
半導体レーザ素子４０では、選択成長法を適用し難いＡ
ｌＧａＮ層の無選択成長により、ＡｌＧａＮ層でリッジ
ストライプ部を埋め込んだ埋め込み構造が形成され、し
かも、ｐ型ＧａＮコンタクト層４２の上表面には、従来
のＧａＮコンタクト層の上表面に生じていたような逆六
角錐状ピットの形成が認められない。

【００４１】本実施形態例のＧａＮ系半導体レーザ素子
４０では、リッジストライプ部の両側のＡｌＧａＮ埋め
込み層３４が、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４より低屈
折率であることにより、リッジストライプ部の屈折率が
高く、その両側の屈折率が低いステップ状の屈折率分布
が作り込まれ、その実効屈折率差を利用して横モードの
制御が再現性良く行われている。また、ｐ型ＧａＮコン
タクト層４２の表面に逆六角錐状ピットの発生が抑制さ
れているので、動作電圧の上昇が生じない、高信頼性の
半導体レーザ素子を実現している。

【００４２】窒化物半導体素子の製造方法の実施形態例 本実施形態例は、本発明に係る窒化物半導体素子の製造
方法を上述の実施形態例のＧａＮ系半導体レーザ素子の
作製に適用した実施形態の一例であって、図２から図５
は本実施形態例の方法に従ってＧａＮ系半導体レーザ素
子を作製する際の各工程の断面図である。本実施形態例
の製造方法では、先ず、基本的には、従来の方法と同様
にして、図７に示すように、予めサーマルクリーニング
などにより表面を清浄化したｃ面のサファイア基板１２
上に、ＭＯＣＶＤ法により、５２０℃程度の温度でアン
ドープのＧａＮバッファ層１４を成長させた後、１００
０℃程度の成長温度で、ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＮバ
ッファ層１４上に、アンドープのＧａＮ下地層１６を成
長させる。その後、ＭＯＣＶＤ装置から基板を取り出
し、図８に示すように、一定方向に延在するストライプ
状のＳｉＯ₂ 膜からなる保護マスク１７をＧａＮ下地層
１６の表面に形成する。続いて、ＲＩＥによって保護マ
スク１７から露出した領域をエッチングし、図８に示す
ようなストライプ状の凹凸構造を形成する。

【００４３】再び、基板をＭＯＣＶＤ装置に搬入し、横
方向成長が生じる条件で、図９に示すように、ｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１８、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０、
活性層２２、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４及びｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層４２を順次成長させる。活性層２２の
形成では、ＧａＩｎＮ層を発光層とする単一量子井戸構
造、又は多重量子井戸構造を形成し、続いてその上に比
較的低温でｐ型ＡｌＧａＮ劣化防止層を成長させる。

【００４４】これらのＧａＮ系半導体層の成長原料は、
例えば、III 族元素のＧａの原料としてはトリメチルガ
リウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ｇａ，ＴＭＧ）を、III 族元素の
Ａｌの原料としてはトリメチルアルミニウム（（Ｃ
Ｈ₃ ）₃ Ａｌ，ＴＭＡｌ）を、III 族元素であるＩｎの
原料としてはトリメチルインジウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ｉ
ｎ，ＴＭＩ）を、Ｖ族元素のＮの原料として、アンモニ
ア（ＮＨ₃ ）を用いる。また、キャリアガスは、例え
ば、水素（Ｈ₂ ）と窒素（Ｎ₂ ）との混合ガスを用い
る。ドーパントは、ｎ型ドーパントとして例えばモノシ
ラン（ＳｉＨ₄ ）を、ｐ型ドーパントとして例えばビス
＝メチルシクロペタンジエニルマグネシウム（ＣＨ ₃ Ｃ
₅ Ｈ₄ ）₂ Ｍｇ；ＭｅＣｐ₂ Ｍｇ）あるいはビス＝シク
ロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ Ｍｇ；
Ｃｐ₂ Ｍｇ）を用いる。

【００４５】次いで、ＧａＮ系半導体層を成長させた基
板をＭＯＣＶＤ装置から再び取り出し、本実施形態例の
方法では、図２に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層
４２上に、例えば電子ビーム蒸着法により厚さ４００ｎ
ｍ程度のＳｉＯ₂ からなる第１の埋め込み用保護膜４４
（以下、第１の保護膜４４と言う）を成膜し、続いて、
例えばプラズマＣＶＤ法より成膜することにより、第１
の保護膜４４より膜質の緻密な厚さ２０ｎｍ程度のＳｉ
Ｎ_x からなる第２の埋め込み用保護膜４６（以下、第２
の保護膜４６と言う）を第１の保護膜４４上に積層す
る。第１の保護膜４４は、ｐ型ＧａＮコンタクト層４２
の表面にダメージを与えないようにするために、また、
第２の保護膜４６は、ｐ型ＧａＮコンタクト層表面に逆
六角錐状ピットが形成されるのを抑制させるために、成
膜される。第１及び第２の保護膜４４、４６を積層した
後、レジスト膜を成膜し、リソグラフィー処理により第
２の保護膜４６の上に所定のストライプ状のレジストパ
ターン４８を形成する。尚、レジストパターン４８は、
下部凹凸構造の凸部間に設けるようにする。

【００４６】次に、図３（ａ）に示すように、レジスト
パターン４８をマスクとし、エッチングガスとして、例
えばＣＦ₄ ガスを用いて、ドライエッチング法により第
２の保護膜４６及び第１の保護膜４４を選択的にエッチ
ングして、第１及び第２の保護膜４４、４６からなる一
方向に延びる所定のストライプ形状にパターニングされ
た２層マスクを形成する。図４に示すように、レジスト
パターン４８を除去した後、２層マスクをエッチングマ
スクとして用い、エッチングガスとして例えば塩素系ガ
スを用いて、ＲＩＥ法などのドライエッチング法によ
り、ｐ型ＧａＮコンタクト層４２をエッチングし、更に
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４の厚さ方向の途中までエ
ッチングする。これにより、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
２４の上層部及びｐ型ＧａＮコンタクト層４２は、一方
向に延びる所定の形状のリッジストライプ部として形成
される。

【００４７】次に、図３（ｃ）に示すように、エッチン
グマスクとして用いた２層マスク４４、４６をリッジス
トライプ部のｐ型ＧａＮコンタクト層４２上に残した状
態で、リッジストライプ部の両側のｐ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層２４上及び第２の保護膜４６上に、ＭＯＣＶＤ法
により例えば７２０℃の成長温度でアンドープのＡｌＧ
ａＮ埋め込み層３４を無選択的に成長させ、リッジスト
ライプ部の両側を埋める。このとき、２層マスクの第２
の保護膜４６を構成するＳｉＮ_x 膜がアモルファス状で
あることの効果から、２層マスクのＳｉＮ_x 膜４６上の
ＡｌＧａＮ埋め込み層３４は微小結晶粒からなる多結晶
状態で成長する。一方、リッジストライプ部の両側のｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層２４が単結晶層であることによ
り、ｐ型ＧａＮクラッド層２４上に成長するＡｌＧａＮ
埋め込み層３４は、２層マスクのＳｉＮ_x 膜上に成長す
るＡｌＧａＮ埋め込み層３４に比べて、結晶性が良好で
ある。

【００４８】次に、図４（ｄ）に示すように、ＡｌＧａ
Ｎ埋め込み層３４上に、例えばＣＶＤ法により厚さ３０
０ｎｍ程度のＳｉＯ₂ 膜からなるプロセス保護膜３６を
形成する。尚、ＣＶＤ法に代えて蒸着法によりプロセス
保護膜３６を形成しても良い。次に、図４（ｅ）に示す
ように、プロセス保護膜３６上全面に所定の厚さにレジ
スト膜３８を例えばスピンコート法により塗布する。リ
ッジストライプ部の領域上では、レジスト膜３８の厚さ
をリッジストライプ部の両側の領域上のレジスト膜３８
の厚さの１５％程度の厚さとなるように塗布する。次
に、図４（ｆ）に示すように、例えばエッチングガスと
して酸素ガスを用いたドライエッチング法により、レジ
スト膜３８をにエッチングして、リッジストライプ部上
の領域のみでプロセス保護膜３６を露出させるようにレ
ジスト膜３８を除去する。

【００４９】次に、図５（ｇ）に示すように、リッジス
トライプ部の両側に残留させたレジスト膜３８をマスク
として、例えばエッチングガスとしてＣＦ₄ ガスを用い
たドライエッチング法によりＳｉＯ₂ 膜からなるプロセ
ス保護膜３６を選択的にエッチングして、リッジストラ
イプ部に対応する部分に開口３６ａをプロセス保護膜３
６に形成する。

【００５０】次いで、レジスト膜３８をアッシングによ
り除去し、図５（ｈ）に示すように、開口３６ａ外のプ
ロセス保護膜３６をエッチングマスクとして、例えばケ
ミカルエッチング法により、第２の保護膜４６の表面が
露出するまで、開口３６ａ内のＡｌＧａＮ埋め込み層３
４を選択的にエッチングする。ケミカルエッチング法で
は、例えば６０℃に加熱した水酸化カリウム（ＫＯＨ）
溶液をエッチャントとして用いる。このエッチングで
は、リッジストライプ部上のＳｉＮ_x 膜からなる第２の
保護膜４６が、エッチング停止層として機能する。

【００５１】更に、第２の保護膜４６上に成長したＡｌ
ＧａＮ埋め込み層３４とリッジストライプ部の両脇のｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層２４上に成長したＡｌＧａＮ埋
め込み層３４との間には、前述のように、結晶性に差異
がある。このエッチングでは、この結晶性の差異に起因
するエッチングの選択性を利用することにより、第２の
保護膜４６上に成長したＡｌＧａＮ埋め込み層３４が比
較的速やかに除去される。つまり、結晶性の差異が上述
のエッチャントに対してエッチングレートに差異を生じ
させ、結晶性の良好なＡｌＧａＮ埋め込み層３４が露出
した時点でエッチングが自動的に停止する。これによ
り、図５（ｈ）に示すように、リッジストライプ部上、
すなわち、第２の保護膜４６上のＡｌＧａＮ埋め込み層
３４が選択的に除去され、かつ第２の保護膜４６横のＡ
ｌＧａＮ埋め込み層３４はｐ型ＧａＮコンタクト層４２
の上面まで除去される。

【００５２】次に、例えばフッ酸を用いてＳｉＯ₂ プロ
セス保護膜３６、リッジストライプ部上のＳｉＮ_x から
なる第２の保護膜４６及びＳｉＯ₂ からなる第１の保護
膜４４をエッチング除去して、図５（ｉ）に示すよう
に、ｐ型ＧａＮコンタクト層４２及びＡｌＧａＮ埋め込
み層３４の表面を露出させる。尚、第２の保護膜４６を
構成するＳｉＮ_x に対するフッ酸のエッチングレート
は、第１の保護膜４４を構成するＳｉＯ₂ に比較して遅
いが、ＳｉＮ_x からなる第２の保護膜４６の厚さが２０
ｎｍと薄いこと、及びリッジストライプ幅が４μｍ程度
以下と狭いことから、このウエットエッチングで問題が
生じるようなことは特に無い。

【００５３】次に、従来の方法と同様にして、ｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層４２及びＡｌＧａＮ埋め込み層３４上
に、リソグラフィー処理により一方向に延在するストラ
イプ形状のレジストパターンを形成し、このレジストパ
ターンをマスクとし、例えばエッチングガスとして塩素
ガスを用いたＲＩＥ法などのドライエッチング法によ
り、ｎ型ＧａＮコンタクト層１８の厚さ方向の途中の深
さまでエッチングすることにより、図１４に示すよう
に、メサ構造を形成する。基板上では、多数のメサ構造
が溝によって区画される。レジストパターンを除去する
と、ｎ型ＧａＮコンタクト層１８の上層部、ｎ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層２０、活性層２２、ｐ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層２４の下層部及びＡｌＧａＮ埋め込み層３４が、
リッジストライプ部と同じ方向に延在するメサ形状にパ
ターニングされる。

【００５４】次に、図１に示すように、保護膜２８とし
て全面に例えば厚さ１００ｎｍ程度のＳｉＯ₂ 膜を形成
した後、この保護膜２８のリッジストライプ部上及びメ
サ部に隣接するｎ型ＧａＮコンタクト層１８上に、それ
ぞれ開口２８ａ、２８ｂを形成する。次いで、リフトオ
フの手法を用いて、保護膜２８の開口２８ａを介してｐ
型ＧａＮコンタクト層４２及びＡｌＧａＮ埋め込み層３
４上にｐ側電極３０を形成すると共に、保護膜２８の開
口２８ｂを介して、ｎ型ＧａＮコンタクト層１８上にｎ
側電極３２を形成する。

【００５５】この後、上述のようにレーザ構造を形成し
たサファイア基板１２をリッジストライプ部の延在方向
に垂直な方向にバー状に劈開したり、ドライエッチング
したりして、両端部に共振器端面を備えたバーを形成す
る。更に、このバーをダイシングやスクライブなどによ
り切断、分離してチップ化することにより、実施形態例
のＧａＮ系半導体レーザ素子４０を作製する。

【００５６】以上のように、本実施形態例の方法によれ
ば、ｐ型ＧａＮコンタクト層４２にダメージを与えない
電子ビーム蒸着法により成膜したＳｉＯ₂ から成る第１
の保護膜４４と、プラズマＣＶＤ法により成膜し、ＮＨ
₃ ガスやＨ₂ ガスの浸透、拡散を抑制する、従って逆六
角錐状ピットの形成を抑制する効果のある、膜質が第１
の保護膜４４より緻密なＳｉＮ_x から成る第２の保護膜
４６とからなる２層マスクを形成し、続いて、リッジス
トライプ部の両側を埋めるようにＡｌＧａＮ埋め込み層
３４を無選択成長させている。次いで、第２の保護膜４
６をエッチング停止層として用いてＡｌＧａＮ埋め込み
層３４をエッチングし、リッジストライプ部上のＡｌＧ
ａＮ埋め込み層３４を選択的に除去している。つまり、
選択成長法を適用し難いＡｌＧａＮ層を無選択成長さ
せ、次いで選択的にエッチングして埋め込み層を形成
し、しかもＡｌＧａＮ層の無選択成長の際、膜質の緻密
な第２の保護膜を有するマスクを用いていることによ
り、動作電圧上昇の原因となる逆六角錐状ピットがｐ型
ＧａＮコンタクト層４２の表面に生成しないようにして
いる。

【００５７】よって、リッジストライプ部の両側をＡｌ
ＧａＮ埋め込み層３４で埋め込んだ構造を再現性良く、
かつ、安定的に形成することができる。また、このよう
にリッジストライプ部の両側を電気抵抗の高いＡｌＧａ
Ｎ埋め込み層３４で埋め込むことにより、高い電流遮断
効果を生じさせ、しきい値電流の低下を図ることができ
る。更に、ＡｌＧａＮ埋め込み層３４を埋め込む際に、
２層の保護膜を形成することによってｐ型ＧａＮコンタ
クト層４２にダメージが生じないので、動作電圧の低減
を図ることができる。同時に、低い屈折率のＡｌＧａＮ
埋め込み層３４でリッジストライプ部を埋め込むことに
よって、横方向の屈折率の制御性が向上するので、横モ
ードが安定化し、熱放散性が良好なので、高出力化が容
易であり、長寿命のＧａＮ系半導体レーザ素子を実現す
ることができる。

【００５８】また、本実施形態例によれば、ＡｌＧａＮ
埋め込み成長時、ｐ型ＧａＮコンタクト層４２には損傷
が生じないので、ＡｌＧａＮ埋め込み成長の成長条件を
多様化させることができる。例えば、ＡｌＧａＮ埋め込
み層３４の組成を種々変化させることにより、横方向の
実行屈折率差を制御できるので、横モードの制御性が向
上し、半導体レーザの設計の自由度が増すという利点が
ある。

【００５９】以上、本発明の実施形態を具体的に説明し
たが、本発明は、上述の実施形態例に限定されるもので
はなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形が可
能である。更に、本実施形態例では、ＡｌＧａＮ埋込型
ＧａＮ系半導体レーザ素子の作製を例に挙げて説明した
が、本発明は、これに限らず、窒化物半導体素子を製造
する過程で、例えば高温下で腐食性を有するガス雰囲気
中に積層構造を暴露し、かつ、ＧａＮ系エピタキシャル
膜表面を保護しなければならない状態でプロセッシング
する工程を有する、窒化物半導体素子、例えばＬＥＤな
どの半導体発光素子、或いはＦＥＴ（Field Effect Tra
nsistor ；電界効果トランジスタ）などのその他の窒化
物半導体素子の製造方法に適用することができる。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、本発明で特定した２層
以上の積層マスクにより埋め込み層を形成することによ
り、逆六角錐状ピット等の腐食痕が形成されていない窒
化物系エピタキシャル成長層を有する窒化物半導体素子
を実現している。本発明を窒化物半導体レーザ素子に適
用することにより、逆六角錐状ピット等の腐食痕が形成
されていないコンタクト層を有し、動作電圧の上昇がな
く、横モードの安定性に優れた埋め込み型窒化物半導体
素子を実現することができる。

【００６１】本発明方法によれば、リッジストライプ部
上にダメージを与えない第１の保護膜と、膜質が第１の
保護膜より緻密で、腐食性ガスの浸透、拡散を抑制す
る、従って逆六角錐状ピット等の腐食痕の形成を抑制す
る効果のある第２の保護膜とを有する２層以上の積層マ
スクを形成し、積層マスクでコンタクト層を覆ったまま
で、埋め込み層を無選択成長させ、この積層マスクをエ
ッチング停止層として用いて埋め込み層をエッチングし
ている。これにより、動作電圧上昇などデバイス特性悪
化の原因となる逆六角錐状ピット等の腐食痕の形成を抑
制できる。また、選択成長法を適用し難い埋め込み層材
料を用いつつ、リッジストライプ部の両側を埋め込み層
で埋め込んだ構造を再現性良く、安定して形成すること
ができる。また、リッジストライプ部の両側を電気抵抗
の高い埋め込み層で埋め込んでいることにより、優れた
電流遮断効果を生じさせ、しきい値電流の低減化を図る
ことができる。更に、リッジストライプ部の埋め込み構
造によって、横方向の屈折率の制御性が向上するので横
モードが安定し、また熱放散性が向上するので、レーザ
出力の高出力化が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例のＧａＮ系半導体レーザ素子の構成
を示す断面図である。

【図２】実施形態例の方法に従ってＧａＮ系半導体レー
ザ素子を作製する工程での断面図である。

【図３】図３（ａ）から（ｃ）は、図２に引き続いて、
実施形態例の方法に従ってＧａＮ系半導体レーザ素子を
作製する際の工程毎の断面図である。

【図４】図４（ｄ）から（ｆ）は、図３（ｃ）に引き続
いて、実施形態例の方法に従ってＧａＮ系半導体レーザ
素子を作製する際の工程毎の断面図である。

【図５】図５（ｇ）から（ｉ）は、図４（ｆ）に引き続
いて、実施形態例の方法に従ってＧａＮ系半導体レーザ
素子を作製する際の工程毎の断面図である。

【図６】従来の非埋め込み型ＧａＮ系半導体レーザ素子
の構成を示す断面図である。

【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、従来の方法で埋め込
み型ＧａＮ系半導体レーザ素子を作製する際の工程毎の
断面図である。

【図８】図８（ｃ）及び（ｄ）は、図７（ｂ）に引き続
いて、従来の方法で埋め込み型ＧａＮ系半導体レーザ素
子を作製する際の工程毎の断面図である。

【図９】図８（ｄ）に引き続いて、従来の方法で埋め込
み型ＧａＮ系半導体レーザ素子を作製する工程での断面
図である。

【図１０】図９に引き続いて、従来の方法で埋め込み型
ＧａＮ系半導体レーザ素子を作製する工程での断面図で
ある。

【図１１】図１１（ａ）から（ｃ）は、図９に引き続い
て、従来の方法で埋め込み型ＧａＮ系半導体レーザ素子
を作製する際の工程毎の断面図である。

【図１２】図１２（ｄ）から（ｆ）は、図１１（ｃ）に
引き続いて、従来の方法で埋め込み型ＧａＮ系半導体レ
ーザ素子を作製する際の工程毎の断面図である。

【図１３】図１３（ｇ）から（ｉ）は、図１２（ｆ）に
引き続いて、従来の方法で埋め込み型ＧａＮ系半導体レ
ーザ素子を作製する際の工程毎の断面図である。

【図１４】図１３（ｉ）に引き続いて、従来の方法で埋
め込み型ＧａＮ系半導体レーザ素子を作製する工程での
断面図である。

【図１５】図１５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、逆六
角錐状ピットの平面図及び側面図である。

【符号の説明】

１２……サファイア基板、１４……ＧａＮバッファ層、
１６……ＧａＮ下地層、１７……保護膜、１８……ｎ型
ＧａＮコンタクト層、２０……ｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層、２２……活性層、２４……ｐ型ＡｌＧａＮクラッド
層、２６……ｐ型ＧａＮコンタクト層、２８……保護
膜、２８ａ、２８ｂ……開口、２９……レジストマス
ク、３０……ｐ側電極、３１……エッチングマスク、３
２……ｎ側電極、３４……ＡｌＧａＮ埋め込み層、３６
……プロセス保護膜、３６ａ……開口、３８……レジス
ト膜、４０……実施形態例のＧａＮ系半導体レーザ素
子、４２……ｐ型ＧａＮコンタクト層、４４……第１の
埋め込み用保護膜、４６……第２の埋め込み用保護膜、
４８……レジストパターン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 恭司 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 5F045 AB14 AB17 AC08 AC12 AC15 AC19 AD09 AD13 AD14 BB16 CA12 DB05 HA03 HA13 HA14 5F058 BA05 BB01 BD01 BD04 BD10 BF07 BF17 BF30 BJ10 5F073 AA13 AA21 AA51 AA53 AA74 BA06 CA07 CB05 CB07 CB10 CB11 DA05 DA06 DA07 DA25 DA32 EA24 EA28 EA29

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化物系エピタキシャル成長層を最上層
   に有するストライプ状リッジ部の両側を、窒化物系エピ
   タキシャル成長層に対して腐食性の原料ガスを使って成
   長させた埋め込み層で埋め込んだ構造を備える窒化物半
   導体素子において、 埋め込み層を成長させる際、窒化物系エピタキシャル成
   長層の表面を損傷することなく窒化物系エピタキシャル
   成長層上に成膜できる第１の保護膜を窒化物系エピタキ
   シャル成長層上に成膜し、次いで第１の保護膜より膜質
   が緻密で、腐食性の原料ガスの浸透、拡散を抑制する第
   ２の保護膜を第１の保護膜上に成膜して、第１の保護膜
   及び第２の保護膜を有する２層以上の積層保護膜からな
   るマスクを窒化物系エピタキシャル成長層上に形成し、
   次いで積層マスク上を含む全面に埋め込み層を無選択成
   長させることにより、ピット状の腐食痕を表面に有しな
   い窒化物系エピタキシャル成長層を最上層に有するリッ
   ジ部の埋め込み構造を備えることを特徴とする窒化物半
   導体素子。
2. 【請求項２】 前記埋め込み層がＡｌＧａＮ層であり、
   前記窒化物系エピタキシャル成長層が電極とオーミック
   コンタクトさせるＧａＮコンタクト層であって、前記腐
   食痕が逆六角錐状ピットであることを特徴とする請求項
   １に記載の窒化物半導体素子。
3. 【請求項３】 前記第１の保護膜は電子ビーム蒸着法に
   より成膜した二酸化珪素膜であり、前記第２の保護膜は
   プラズマＣＶＤ法により成膜した窒化珪素膜であること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体素
   子。
4. 【請求項４】 窒化物半導体素子が、窒化物系III-Ｖ族
   化合物半導体層からなるレーザ構造を備えたＧａＮ系埋
   め込み型半導体レーザ素子であることを特徴とする請求
   項２又は３に記載の窒化物半導体素子。
5. 【請求項５】 腐食性ガス雰囲気に窒化物系エピタキシ
   ャル成長層を曝す工程を有する、窒化物半導体素子の製
   造方法において、 窒化物系エピタキシャル成長層を腐食性ガス雰囲気に曝
   す工程の前に、窒化物系エピタキシャル成長層の表面を
   損傷することなく窒化物系エピタキシャル成長層上に成
   膜できる第１の保護膜を窒化物系エピタキシャル成長層
   上に成膜し、次いで第１の保護膜より膜質が緻密で、腐
   食性ガスの浸透、拡散を抑制する第２の保護膜を第１の
   保護膜上に成膜して、第１の保護膜及び第２の保護膜を
   有する２層以上の積層保護膜からなるマスクを窒化物系
   エピタキシャル成長層上に形成する工程を有することを
   特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
6. 【請求項６】 腐食性ガス雰囲気が、窒化物系エピタキ
   シャル成長層上に成膜する別の窒化物系エピタキシャル
   成長層の原料ガスによって生成されていることを特徴と
   する請求項５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
7. 【請求項７】 窒化物系コンタクト層を最上層に有する
   ストライプ状リッジ部の両側を、窒化物系コンタクト層
   に対して腐食性の原料ガスを使って成長させた埋め込み
   層で埋め込んだ構造を備える窒化物半導体素子の製造方
   法において、 エピタキシャル成長させた窒化物系コンタクト層を最上
   層に有する積層構造を形成する工程と、 窒化物系コンタクト層の表面を損傷することなく窒化物
   系コンタクト層上に成膜できる第１の保護膜を窒化物系
   コンタクト層上に成膜し、次いで第１の保護膜より膜質
   が緻密で、腐食性の原料ガスの浸透、拡散を抑制する第
   ２の保護膜を第１の保護膜上に成膜して、第１の保護膜
   及び第２の保護膜を有する２層以上の積層保護膜からな
   るストライプ状マスクを窒化物系コンタクト層上に形成
   する工程と、 積層マスクをエッチングマスクにして、窒化物系コンタ
   クト層を含めて積層構造を所定深さまでエッチングして
   ストライプ状リッジ部を形成する工程と、 積層マスク上を含む全面に埋め込み層を無選択成長させ
   て、リッジ部を埋め込む工程と、 積層マスクをエッチング停止層にして埋め込み層をエッ
   チングして、積層マスク上の埋め込み層を除去し、かつ
   積層マスク以外の領域の埋め込み層を窒化物系コンタク
   ト層の上面まで除去する工程とを有することを特徴とす
   る窒化物半導体素子の製造方法。
8. 【請求項８】 前記窒化物系コンタクト層としてＧａＮ
   層を、及び前記埋め込み層としてノンドープＡｌＧａＮ
   層をそれぞれ成長させることを特徴とする請求項７に記
   載の窒化物半導体素子の製造方法。
9. 【請求項９】 前記第１の保護膜として電子ビーム蒸着
   法により二酸化珪素膜を成膜し、前記第２の保護膜とし
   てプラズマＣＶＤ法により窒化珪素膜を成膜することを
   特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の窒化
   物半導体素子の製造方法。