JP2002368344A - 窒化物半導体素子の製造方法 - Google Patents
窒化物半導体素子の製造方法Info
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- JP2002368344A JP2002368344A JP2001170581A JP2001170581A JP2002368344A JP 2002368344 A JP2002368344 A JP 2002368344A JP 2001170581 A JP2001170581 A JP 2001170581A JP 2001170581 A JP2001170581 A JP 2001170581A JP 2002368344 A JP2002368344 A JP 2002368344A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 GaN系半導体レーザの共振器端面を安定に形
成する製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明の窒化物半導体素子の製造方法で
は、ドライエッチングにより共振器端面を形成する。さ
らに、ウェットエッチングによる端面平滑化を行うこと
で、より良好な端面を形成する。
成する製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明の窒化物半導体素子の製造方法で
は、ドライエッチングにより共振器端面を形成する。さ
らに、ウェットエッチングによる端面平滑化を行うこと
で、より良好な端面を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光情報処理分野など
への応用が期待されている半導体レーザなどの窒化物半
導体素子の製造方法に関するものである。
への応用が期待されている半導体レーザなどの窒化物半
導体素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】V族元素に窒素（N）を有する窒化物半導
体は、そのバンドギャップの大きさから、短波長発光素
子の材料として有望視されている。中でも窒化ガリウム
系化合物半導体（GaN系半導体：AlxGayInzN(0≦x, y, z
≦1、x＋y＋z＝1)）は研究が盛んに行われ、青色発光ダ
イオード（LED）、緑色LEDが実用化されている。また、
光ディスク装置の大容量化のために、400nm帯に発振波
長を有する半導体レーザが熱望されており、GaN系半導
体を材料とする半導体レーザが注目され現在では実用レ
ベルに達しつつある。
体は、そのバンドギャップの大きさから、短波長発光素
子の材料として有望視されている。中でも窒化ガリウム
系化合物半導体（GaN系半導体：AlxGayInzN(0≦x, y, z
≦1、x＋y＋z＝1)）は研究が盛んに行われ、青色発光ダ
イオード（LED）、緑色LEDが実用化されている。また、
光ディスク装置の大容量化のために、400nm帯に発振波
長を有する半導体レーザが熱望されており、GaN系半導
体を材料とする半導体レーザが注目され現在では実用レ
ベルに達しつつある。
【０００３】図３はレーザ発振が達成されているGaN系
半導体レーザの構造断面図である。また、図４はGaN系
半導体レーザの製造工程を示す図である。以下では、従
来のGaN系半導体レーザの製造工程を図３、図４を用い
て説明する。
半導体レーザの構造断面図である。また、図４はGaN系
半導体レーザの製造工程を示す図である。以下では、従
来のGaN系半導体レーザの製造工程を図３、図４を用い
て説明する。
【０００４】(a)まず、サファイア基板３０１上に有機
金属気相成長法（MOVPE法）によりGaNバッファ層３０
２、n−GaN層３０３、n−AlGaNクラッド層３０４、n−G
aN光ガイド層３０５、Ga1-xInxN／Ga1-yInyN (0＜y＜x
＜1)から成る多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層３０６、p
−GaN第２光ガイド層３０７、p− AlGaNクラッド層３０
８、p−GaNコンタクト層３０９からなる窒化物半導体層
４０１を形成する。
金属気相成長法（MOVPE法）によりGaNバッファ層３０
２、n−GaN層３０３、n−AlGaNクラッド層３０４、n−G
aN光ガイド層３０５、Ga1-xInxN／Ga1-yInyN (0＜y＜x
＜1)から成る多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層３０６、p
−GaN第２光ガイド層３０７、p− AlGaNクラッド層３０
８、p−GaNコンタクト層３０９からなる窒化物半導体層
４０１を形成する。
【０００５】(b)次に塩素系ガスを用いたドライエッチ
ングによって窒化物半導体層にリッジストライプを形成
し、その両側を絶縁膜３１１で被覆する。さらに、リッ
ジストライプおよび絶縁膜３１１上に例えばNi／Auから
なるｐ電極３１０、また一部をn−GaN層３０３が露出す
るまでエッチングした表面に例えばTi／Alからなるｎ電
極３１２を形成する。
ングによって窒化物半導体層にリッジストライプを形成
し、その両側を絶縁膜３１１で被覆する。さらに、リッ
ジストライプおよび絶縁膜３１１上に例えばNi／Auから
なるｐ電極３１０、また一部をn−GaN層３０３が露出す
るまでエッチングした表面に例えばTi／Alからなるｎ電
極３１２を形成する。
【０００６】(c)次に、リッジストライプの方向と垂直
な方向に基板を短冊状にへき開し、共振器を形成する。
さらに、必要に応じて、共振器端面に端面反射膜を形成
する。
な方向に基板を短冊状にへき開し、共振器を形成する。
さらに、必要に応じて、共振器端面に端面反射膜を形成
する。
【０００７】(d)さらに、チップに分離して、半導体レ
ーザチップが完成する。
ーザチップが完成する。
【０００８】本素子においてｎ電極３１２を接地し、ｐ
電極３１０に電圧を印可すると、ＭＱＷ活性層３０６に
向かってｐ電極３１０側からホールが、またｎ電極３１
２側から電子が注入され、前記ＭＱＷ活性層３０６内で
光学利得を生じ、発振波長400nm帯のレーザ発振を起こ
す。ＭＱＷ活性層３０６の材料であるGa1-xInxN／Ga1- y
InyN 薄膜の組成や膜厚によって発振波長は変化する。
現在室温以上での連続発振が実現されている。
電極３１０に電圧を印可すると、ＭＱＷ活性層３０６に
向かってｐ電極３１０側からホールが、またｎ電極３１
２側から電子が注入され、前記ＭＱＷ活性層３０６内で
光学利得を生じ、発振波長400nm帯のレーザ発振を起こ
す。ＭＱＷ活性層３０６の材料であるGa1-xInxN／Ga1- y
InyN 薄膜の組成や膜厚によって発振波長は変化する。
現在室温以上での連続発振が実現されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】サファイア基板上に形
成した窒化物半導体層は、結晶軸の方向がサファイア基
板と異なるため、へき開されやすい方向がサファイア基
板と異なる。したがって、へき開によって、良質の共振
器端面を形成することが困難である。
成した窒化物半導体層は、結晶軸の方向がサファイア基
板と異なるため、へき開されやすい方向がサファイア基
板と異なる。したがって、へき開によって、良質の共振
器端面を形成することが困難である。
【００１０】本発明は前記の事情を鑑みてなされたもの
であり、窒化物半導体レーザの共振器端面を安定に形成
することのできる製造方法を提供するものである。
であり、窒化物半導体レーザの共振器端面を安定に形成
することのできる製造方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体素
子の製造方法では、ドライエッチングにより共振器端面
を形成する。さらに、ウェットエッチングによる端面平
滑化を行うことで、より良好な端面を形成する。
子の製造方法では、ドライエッチングにより共振器端面
を形成する。さらに、ウェットエッチングによる端面平
滑化を行うことで、より良好な端面を形成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて詳細に説明する。
て図面を用いて詳細に説明する。
【００１３】（実施の形態１）図１は第一の実施の形態
を示す窒化物半導体レーザの製造工程である。
を示す窒化物半導体レーザの製造工程である。
【００１４】（ａ）まず、サファイア基板１０１上に、
有機金属気相成長法（MOVPE法）により、GaNバッファ
層、n−GaN層、n−AlGaNクラッド層、n−GaN光ガイド
層、Ga1 -xInxN／Ga1-yInyN (0＜y＜x＜1)から成る多重
量子井戸（ＭＱＷ）活性層、p−GaN第２光ガイド層、p
− AlGaNクラッド層、p−GaNコンタクト層からなる窒化
物半導体層１０２を形成する。
有機金属気相成長法（MOVPE法）により、GaNバッファ
層、n−GaN層、n−AlGaNクラッド層、n−GaN光ガイド
層、Ga1 -xInxN／Ga1-yInyN (0＜y＜x＜1)から成る多重
量子井戸（ＭＱＷ）活性層、p−GaN第２光ガイド層、p
− AlGaNクラッド層、p−GaNコンタクト層からなる窒化
物半導体層１０２を形成する。
【００１５】（ｂ）次に、塩素系ガスを用いたドライエ
ッチングによって、窒化物半導体層１０２の一部をサフ
ァイア基板が露出するまで除去し、素子領域１０３と素
子領域を分離する溝１０４を形成する。さらに、180℃
程度に加熱した水酸化カリウム溶液によるウェットエッ
チングを行い、溝１０４の側壁を平滑化する。ここで形
成した溝１０４の側面は、最終的にレーザ素子の共振器
端面となる。
ッチングによって、窒化物半導体層１０２の一部をサフ
ァイア基板が露出するまで除去し、素子領域１０３と素
子領域を分離する溝１０４を形成する。さらに、180℃
程度に加熱した水酸化カリウム溶液によるウェットエッ
チングを行い、溝１０４の側壁を平滑化する。ここで形
成した溝１０４の側面は、最終的にレーザ素子の共振器
端面となる。
【００１６】（ｃ）次に、基板上に、プラズマＣＶＤ法
を用いてシリコン酸化膜を堆積し、溝１０４をシリコン
酸化膜１０５で完全に埋め込む。基板表面に凹凸が残っ
ている場合には、化学機械研磨法（ＣＭＰ）や、レジス
トエッチバック法などの手法を用いて、基板表面を平坦
化する。
を用いてシリコン酸化膜を堆積し、溝１０４をシリコン
酸化膜１０５で完全に埋め込む。基板表面に凹凸が残っ
ている場合には、化学機械研磨法（ＣＭＰ）や、レジス
トエッチバック法などの手法を用いて、基板表面を平坦
化する。
【００１７】（ｄ）次に、素子領域１０３の窒化物半導
体層１０２を部分的にエッチングすることにより、リッ
ジストライプ１０７を形成する。この時、リッジストラ
イプを溝１０４の側壁と直交する方向に形成する必要が
ある。また、素子領域１０３の窒化物半導体層１０２を
部分的にエッチングすることにより、ｎ電極形成領域の
n−GaN層を露出させる。
体層１０２を部分的にエッチングすることにより、リッ
ジストライプ１０７を形成する。この時、リッジストラ
イプを溝１０４の側壁と直交する方向に形成する必要が
ある。また、素子領域１０３の窒化物半導体層１０２を
部分的にエッチングすることにより、ｎ電極形成領域の
n−GaN層を露出させる。
【００１８】さらに、リッジストライプ１０７上には、
例えば、Ni／AuからなるP電極を形成する。また、露出
したn−GaN層の上に、例えば、Ti／AlからなるN電極を
形成する。
例えば、Ni／AuからなるP電極を形成する。また、露出
したn−GaN層の上に、例えば、Ti／AlからなるN電極を
形成する。
【００１９】（ｅ）次に、溝１０４を埋め込んだシリコ
ン酸化膜１０５をウェットエッチングにより取り除き、
溝１０４を露出させる。
ン酸化膜１０５をウェットエッチングにより取り除き、
溝１０４を露出させる。
【００２０】（ｆ）次に、溝１０４の部分で基板を短冊
状にへき開する。さらに、必要に応じて、共振器端面に
端面反射膜を形成する。
状にへき開する。さらに、必要に応じて、共振器端面に
端面反射膜を形成する。
【００２１】（ｇ）さらにチップに分離して、半導体レ
ーザチップが完成する。
ーザチップが完成する。
【００２２】図２に本発明によるレーザ素子の断面図を
示す。
示す。
【００２３】リッジストライプ型レーザにおいて、スト
ライプ幅は素子特性を大きく左右するパラメータである
ため、高い制御性が要求される。本発明における窒化物
半導体素子の製造方法では、リッジストライプの加工に
際して、溝１０４がシリコン酸化膜１０５で埋め込ま
れ、基板表面が平坦化されているため、フォトリソグラ
フィ工程におけるストライプ幅の変動が少なく、リッジ
ストライプを精度良く形成することが可能となる。
ライプ幅は素子特性を大きく左右するパラメータである
ため、高い制御性が要求される。本発明における窒化物
半導体素子の製造方法では、リッジストライプの加工に
際して、溝１０４がシリコン酸化膜１０５で埋め込ま
れ、基板表面が平坦化されているため、フォトリソグラ
フィ工程におけるストライプ幅の変動が少なく、リッジ
ストライプを精度良く形成することが可能となる。
【００２４】本実施の形態では、素子領域１０３を分離
する溝１０４の側壁がレーザ素子の共振器端面となる。
工程の順序としては、まず、共振器端面を形成した後
で、リッジストライプ形成や電極形成などの素子領域内
の加工を行っている。この順序で行うことによって、加
熱した水酸化カリウムによる端面平滑化処理によって、
加工した素子構造が破壊されるのを未然に防止すること
ができる。
する溝１０４の側壁がレーザ素子の共振器端面となる。
工程の順序としては、まず、共振器端面を形成した後
で、リッジストライプ形成や電極形成などの素子領域内
の加工を行っている。この順序で行うことによって、加
熱した水酸化カリウムによる端面平滑化処理によって、
加工した素子構造が破壊されるのを未然に防止すること
ができる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＧａＮ系
半導体素子は、ドライエッチングによって形成した溝の
側壁を共振器端面とすることにより、へき開によって共
振器端面を形成する場合に比べてプロセスの安定性が高
い。また、ウェットエッチングによるドライエッチング
端面の平滑化を行うことにより、共振器端面の高品質化
を可能としている。
半導体素子は、ドライエッチングによって形成した溝の
側壁を共振器端面とすることにより、へき開によって共
振器端面を形成する場合に比べてプロセスの安定性が高
い。また、ウェットエッチングによるドライエッチング
端面の平滑化を行うことにより、共振器端面の高品質化
を可能としている。
【００２６】また、素子領域の加工を行う前に、共振器
端面を形成することにより、ウェットエッチングに伴う
プロセスダメージを最小限に抑えている。
端面を形成することにより、ウェットエッチングに伴う
プロセスダメージを最小限に抑えている。
【００２７】また、素子領域加工時には、基板表面が平
坦化されているため、リッジストライプを精度良く形成
することができる。
坦化されているため、リッジストライプを精度良く形成
することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すGaN系半導体
レーザの製造工程を示す図
レーザの製造工程を示す図
【図２】本発明によるGaN系半導体レーザの素子断面図
【図３】従来のGaN系半導体レーザの素子断面図
【図４】従来のGaN系半導体レーザの製造工程を示す図
１０１ サファイア基板 １０２ 窒化物半導体層 １０３ 素子領域 １０４ 溝 １０５ 絶縁膜 １０６ リッジストライプ １０７ ｎ電極形成領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伴 雄三郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F043 AA16 BB10 FF07 GG10 5F073 AA13 AA74 AA83 CA07 CB05 CB22 DA05 DA22 DA24 DA32 EA29
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に複数の素子を同時に形成する窒
化物半導体素子の製造方法であって、素子領域を分離す
るための溝を形成する第一のエッチング工程と、素子領
域を加工するための第二のエッチング工程を有し、前記
第二のエッチング工程が、前記第一のエッチング工程よ
り後に行われることを特徴とする窒化物半導体素子の製
造方法。 - 【請求項２】 第一のエッチング工程で形成した溝を絶
縁膜で埋め込んだ後に、素子領域を加工するための第二
のエッチング工程を行うことを特徴とする請求項１記載
の窒化物半導体素子の製造方法。 - 【請求項３】 第一のエッチング工程で形成した溝を埋
め込む絶縁膜が、シリコン酸化膜、または、窒化シリコ
ン膜であることを特徴とする請求項２記載の窒化物半導
体素子の製造方法。 - 【請求項４】 第一のエッチング工程で形成した溝の側
壁が、光の共振器端面となることを特徴とする請求項１
から３のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項５】 第一のエッチング工程が、ドライエッチ
ング工程とウェットエッチング工程からなることを特徴
とする請求項４記載の窒化物半導体素子の製造方法。 - 【請求項６】 ウェットエッチングが、水酸化カリウム
またはりん酸を主成分とする薬液によって行われること
を特徴とする請求項５記載の窒化物半導体素子の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001170581A JP2002368344A (ja) | 2001-06-06 | 2001-06-06 | 窒化物半導体素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001170581A JP2002368344A (ja) | 2001-06-06 | 2001-06-06 | 窒化物半導体素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002368344A true JP2002368344A (ja) | 2002-12-20 |
Family
ID=19012478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001170581A Withdrawn JP2002368344A (ja) | 2001-06-06 | 2001-06-06 | 窒化物半導体素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002368344A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010263236A (ja) * | 2006-12-22 | 2010-11-18 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法 |
-
2001
- 2001-06-06 JP JP2001170581A patent/JP2002368344A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010263236A (ja) * | 2006-12-22 | 2010-11-18 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法 |
| US8492186B2 (en) | 2006-12-22 | 2013-07-23 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing group III nitride semiconductor layer, group III nitride semiconductor light-emitting device, and lamp |
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|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080529 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
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|
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