JP2003069158A - 窒化物系半導体レーザ素子の形成方法 - Google Patents

窒化物系半導体レーザ素子の形成方法

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JP2003069158A
JP2003069158A JP2001258856A JP2001258856A JP2003069158A JP 2003069158 A JP2003069158 A JP 2003069158A JP 2001258856 A JP2001258856 A JP 2001258856A JP 2001258856 A JP2001258856 A JP 2001258856A JP 2003069158 A JP2003069158 A JP 2003069158A
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Tadao Toda
忠夫 戸田
Tsutomu Yamaguchi
勤 山口
Yasuhiko Nomura
康彦 野村
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Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】横方向の光閉じ込め特性を向上させるととも
に、リッジ部形成後に窒化物系半導体を容易に選択成長
させることが可能な窒化物系半導体レーザ素子の形成方
法を提供する。 【解決手段】この窒化物系半導体レーザ素子の形成方法
は、ｐ型ＧａＮ層６上の所定領域に接触するように、Ｎ
ｉ層からなるマスク層７を形成する工程と、Ｎｉ層から
なるマスク層７をマスクとして、塩素系ガスを用いて、
ｐ型ＧａＮ層６およびｐ型クラッド層５を反応性イオン
エッチング法によりエッチングすることによって、リッ
ジ部を形成する工程と、その後、リッジ部上に形成され
たＳｉＯ2膜８をマスクとして、電流ブロック層９を選
択成長させる工程とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物系半導体レ
ーザ素子の形成方法に関し、特に、リッジ部などが反応
性イオンエッチングにより形成される窒化物系半導体レ
ーザ素子の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、窒化物系半導体材料は、青色半導
体レーザなどの窒化物系半導体レーザ素子に使用されて
いる。この窒化物系半導体レーザ素子の形成プロセスに
おいて、ドライエッチングは有効な手段である。このた
め、窒化物系半導体レーザ素子のリッジ部をドライエッ
チングを用いて形成する方法が知られている。このよう
なドライエッチングの１つの方法として、ＲＩＥ（Ｒｅ
ａｃｔｉｖｅ ＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエ
ッチング）法が知られている。
【０００３】上記した従来のＲＩＥ法を用いて、窒化物
系半導体レーザ素子のリッジ部を形成する窒化物系半導
体レーザ素子の形成方法は、たとえば、特開２０００−
９１６９６号公報に開示されている。この開示された従
来のＲＩＥ法を用いた窒化物系半導体レーザ素子の形成
方法では、まず、サファイア基板上に、窒化物系半導体
層からなる発光層、クラッド層およびコンタクト層を形
成する。そして、そのコンタクト層上に、Ｎｉからなる
マスク層を形成した後、Ｎｉからなるマスク層をマスク
として、ＲＩＥ法により、コンタクト層およびクラッド
層をエッチングすることによって台形状のリッジ部を形
成する。そして、Ｎｉからなるマスク層を除去した後、
台形状のリッジ部上に電極などを形成する。最後に、サ
ファイア基板をへき開することによって、レーザ光の出
射端面を形成する。このようにして、従来の窒化物系半
導体レーザ素子が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の窒化物
系半導体レーザ素子のリッジ部の形成方法では、ＲＩＥ
法を用いて台形状のリッジ部を形成しているため、リッ
ジ部が垂直な場合に比べて、横方向の光閉じ込め特性が
低下するという問題点があった。なお、上記公報に開示
された従来のプロセスでは、ＲＩＥ法を用いて形成され
たリッジ部が台形状を有しているため、たとえば、ＣＦ
4系のガスなどのエッチング速度が遅いガスを用いてＲ
ＩＥ法によりエッチングを行っていると考えられる。こ
のようにエッチング速度の遅いガスを用いてＲＩＥ法に
よりエッチングを行うと、横方向のエッチングが進行す
るので、台形状のリッジ部が形成されやすい。そして、
このように台形状のリッジ部が形成されると、上記した
ように、横方向の光の閉じ込め特性が低下するという問
題点がある。
【０００５】また、従来のＲＩＥ法を用いた窒化物系半
導体素子のリッジ部の形成方法では、台形状のリッジ部
が形成されるので、リッジ部の上面の幅がリッジ部の下
面の幅より小さくなる。このため、リッジ部の電流通路
となる部分の幅が小さくなるので、リッジ部における抵
抗が大きくなるという不都合が生じる。その結果、窒化
物系半導体レーザ素子の動作電圧が上昇するので、窒化
物系半導体レーザ素子の高出力化を図ることは困難であ
るという問題点があった。
【０００６】また、従来では、ＲＩＥ法により、リッジ
部のみならず、レーザ光の出射端面をも形成することが
提案されている。しかしながら、従来では、リッジ部の
場合と同様、ＲＩＥ法により垂直な出射端面を形成する
ことが困難であったため、ＲＩＥ法を用いて出射端面を
形成するのは困難であるという問題点があった。
【０００７】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、この発明の１つの目的は、
横方向の光閉じ込め特性を向上させるとともに、リッジ
部形成後に窒化物系半導体を容易に選択成長させること
が可能な窒化物系半導体レーザ素子の形成方法を提供す
ることである。
【０００８】また、この発明のもう１つの目的は、上記
の窒化物系半導体レーザ素子の形成方法において、選択
成長マスクを新たに設けることなく、リッジ部形成後に
窒化物系半導体を選択成長させることである。
【０００９】この発明のさらにもう１つの目的は、反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて、ほぼ垂直な
側壁部を有する出射端面を形成することが可能な窒化物
系半導体レーザ素子の形成方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第１の局面による窒化物系半導体レーザ
素子の形成方法は、窒化物系半導体層上の所定領域に接
触するように、Ｎｉ層を含むマスク層を形成する工程
と、Ｎｉ層を含むマスク層をマスクとして、塩素系ガス
を用いて、窒化物系半導体層を反応性イオンエッチング
法によりエッチングすることによって、リッジ部を形成
する工程と、その後、リッジ部上に形成されたＳｉＯ2
膜をマスクとして、窒化物系半導体を選択成長させる工
程とを備えている。
【００１１】この第１の局面による窒化物系半導体レー
ザ素子の形成方法では、上記のように、Ｎｉ層を含むマ
スク層をマスクとして、塩素系ガスを用いた反応性イオ
ンエッチング法により、窒化物系半導体層をエッチング
することによりリッジ部を形成することによって、塩素
系ガスによりエッチング速度を向上させることができる
とともに、エッチングの際にＮｉ層がほとんどエッチン
グされないので、ほぼ垂直なエッチング側壁角度を有す
る窒化物系半導体層を形成することができる。これによ
り、ほぼ垂直な側壁部を有するリッジ部を形成すること
ができるので、窒化物系半導体レーザ素子の横方向の光
閉じ込め特性を向上させることができる。また、ほぼ垂
直な側壁部を有するリッジ部の上面の幅は、台形状のリ
ッジ部の上面の幅に比べて大きいので、リッジ部の抵抗
を低減することができる。これにより、動作電圧を低減
することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素
子の高出力化を図ることができる。
【００１２】また、リッジ部上に形成されたＳｉＯ2膜
をマスクとして、窒化物系半導体を選択成長させること
によって、ほぼ垂直な側壁を有するリッジ部の上面上以
外の領域を覆うように、窒化物系半導体からなる電流ブ
ロック層を容易に形成することができる。
【００１３】上記第１の局面による窒化物系半導体レー
ザ素子の形成方法において、好ましくは、窒化物系半導
体を選択成長させる工程は、マスク層を構成するＮｉ層
を除去した後、リッジ部上にＳｉＯ2膜を形成する工程
と、ＳｉＯ2膜をマスクとして、窒化物系半導体を選択
成長させる工程とを含む。このように構成すれば、リッ
ジ部上に形成されたＳｉＯ2膜をマスクとして、窒化物
系半導体を選択成長させることによって、ほぼ垂直な側
壁を有するリッジ部の上面上以外の領域を覆うように、
窒化物系半導体からなる電流ブロック層を容易に形成す
ることができる。
【００１４】また、上記第１の局面による窒化物系半導
体レーザ素子の形成方法において、好ましくは、マスク
層を形成する工程は、窒化物系半導体層上の所定領域に
接触するように、ＳｉＯ2膜とＳｉＯ2膜上に形成された
Ｎｉ層とを含むマスク層を形成する工程を含み、窒化物
系半導体を選択成長させる工程は、マスク層を構成する
Ｎｉ層を除去した後、マスク層を構成するＳｉＯ2膜を
マスクとして、窒化物系半導体を選択成長させる工程を
含む。このように構成すれば、Ｎｉ層を除去した後、リ
ッジ部上に新たにＳｉＯ2膜を形成する必要がない。ま
た、そのＳｉＯ2膜をマスクとして、窒化物系半導体層
を選択成長させることにより、ほぼ垂直な側壁を有する
リッジ部の上面上以外の領域を覆うように、窒化物系半
導体からなる電流ブロック層をより容易に形成すること
ができる。
【００１５】この発明の第２の局面による窒化物系半導
体レーザ素子の形成方法は、窒化物系半導体層上の所定
領域に接触するように、Ｎｉ層を含むマスク層を形成す
る工程と、Ｎｉ層を含むマスク層をマスクとして、塩素
系ガスを用いて、窒化物系半導体層を反応性イオンエッ
チング法によりエッチングすることによって、出射端面
を形成する工程とを備えている。
【００１６】この第２の局面による窒化物系半導体レー
ザ素子の形成方法では、上記のように、Ｎｉ層を含むマ
スク層をマスクとして、塩素系ガスを用いて、窒化物系
半導体層を反応性イオンエッチング法によりエッチング
することにより出射端面を形成することによって、エッ
チングの際にＮｉ層がほとんどエッチングされないの
で、ほぼ垂直なエッチング側壁角度を有する窒化物系半
導体層を形成することができる。これにより、ほぼ垂直
な側壁部を有する出射端面を形成することができるの
で、へき開を行うことなく、窒化物系半導体レーザ素子
を形成することができる。
【００１７】上記第１または第２の局面による窒化物系
半導体レーザ素子の形成方法において、好ましくは、マ
スク層を構成するＮｉ層は、０．１μｍ以上の厚みを有
する。このように構成すれば、エッチングにより形成さ
れる出射端面の側壁角度をほぼ９０°にすることができ
る。
【００１８】また、上記第１または第２の局面による窒
化物系半導体レーザ素子の形成方法において、好ましく
は、マスク層を構成するＮｉ層は、窒化物系半導体層の
表面に対して８０°以上の側壁角度を有する。このよう
に構成すれば、エッチングにより形成される出射端面の
側壁角度をほぼ９０°にすることができる。
【００１９】上記第１または第２の局面による窒化物系
半導体レーザ素子の形成方法において、好ましくは、塩
素系ガスは、Ｃｌ2ガス、Ｃｌ2 とＢＣｌ3とを含むガ
ス、Ｃｌ2とＳｉＣｌ4とを含むガス、および、これらの
ガスのいずれかにＡｒガスまたはＮ2ガスを添加したガ
スからなるグループより選択される１つのガスを含む。
このようにＣｌ2を主成分としたガスを用いることによ
って、化学反応をメインとしたエッチングが可能となる
ので、ＣＦ4系によるエッチングに比べて、エッチング
速度を向上させることができる。また、Ｃｌ2にＢＣ
ｌ3、ＳｉＣｌ4、ＡｒまたはＮ2ガスを添加することに
よって、スパッタ性が向上されるので、たとえば、Ｇａ
Ｎからなる窒化物系半導体をエッチングする場合に、Ｇ
ａＮ表面に形成された薄いＧａの酸化物を除去すること
ができる。これにより、Ｃｌ2ガスのみの場合よりもよ
り大きなエッチング速度を得ることができる。
【００２０】上記第１または第２の局面による窒化物系
半導体レーザ素子の形成方法において、好ましくは、窒
化物系半導体層を反応性イオンエッチング法によりエッ
チングする工程に先だって、窒化物系半導体層の表面を
洗浄する工程をさらに備える。このように構成すれば、
エッチング時に窒化物系半導体層の表面が清浄となるの
で、安定で、かつ、再現性の良好なエッチング速度を得
ることができる。
【００２１】上記第１または第２の局面による窒化物系
半導体レーザ素子の形成方法において、好ましくは、窒
化物系半導体層を反応性イオンエッチング法によりエッ
チングする工程の後、さらに、エッチングされた窒化物
系半導体層の表面をＡｒガスおよびＮ2ガスのいずれか
を用いて反応性イオンエッチング法によりエッチングを
行う工程をさらに備える。このように構成すれば、エッ
チングによって窒化物系半導体層の表面に形成された窒
化物系半導体層の酸化物などを容易に除去することがで
きるので、清浄な表面を有する窒化物系半導体層を形成
することができる。
【００２２】上記第１または第２の局面による窒化物系
半導体レーザ素子の形成方法において、好ましくは、マ
スク層は、Ｎｉ層からなる。このように構成すれば、マ
スク層が多層構造を有する場合に比べて、マスク層の形
成および除去を容易に行うことができるので、製造プロ
セスを簡略化することができる。
【００２３】この発明の第３の局面による窒化物系半導
体レーザ素子の形成方法は、第１窒化物系半導体層上の
所定領域に接触するように、ＳｉＯ2膜とＳｉＯ2膜上に
形成されたＮｉ層とを含む第１マスク層を形成する工程
と、ＳｉＯ2膜およびＮｉ層を含む第１マスク層をマス
クとして、塩素系ガスを用いて、第１窒化物系半導体層
を反応性イオンエッチング法によりエッチングすること
によって、リッジ部を形成する工程と、リッジ部上に、
第２窒化物系半導体層を形成する工程と、第２窒化物系
半導体層上の所定領域に接触するように、Ｎｉ層を含む
第２マスク層を形成する工程と、Ｎｉ層を含む第２マス
ク層をマスクとして、塩素系ガスを用いて、第２窒化物
系半導体層を反応性イオンエッチング法によりエッチン
グすることによって、出射端面を形成する工程とを備え
ている。
【００２４】この第３の局面による窒化物系半導体レー
ザ素子の形成方法では、上記のように、Ｎｉ層を含む第
１マスク層をマスクとして、塩素系ガスを用いた反応性
イオンエッチング法により、第１窒化物系半導体層をエ
ッチングすることによりリッジ部を形成することによっ
て、塩素系ガスによりエッチング速度を向上させること
ができるとともに、エッチングの際にＮｉ層がほとんど
エッチングされないので、ほぼ垂直なエッチング側壁角
度を有する第１窒化物系半導体層を形成することができ
る。これにより、ほぼ垂直な側壁部を有するリッジ部を
形成することができるので、窒化物系半導体レーザ素子
の横方向の光閉じ込め特性を向上させることができる。
また、ほぼ垂直な側壁部を有するリッジ部の上面の幅
は、台形状のリッジ部の上面の幅に比べて大きいので、
リッジ部の抵抗を低減することができる。これにより、
動作電圧を低減することができる。その結果、窒化物系
半導体レーザ素子の高出力化を図ることができる。
【００２５】また、Ｎｉ層を含む第２マスク層をマスク
として、塩素系ガスを用いて、第２窒化物系半導体層を
反応性イオンエッチング法によりエッチングすることに
より出射端面を形成することによって、エッチングの際
にＮｉ層がほとんどエッチングされないので、ほぼ垂直
なエッチング側壁角度を有する第２窒化物系半導体層を
形成することができる。これにより、ほぼ垂直な側壁部
を有する出射端面を形成することができるので、へき開
を行うことなく、窒化物系半導体レーザ素子を形成する
ことができる。
【００２６】上記第３の局面による窒化物系半導体レー
ザ素子の形成方法において、好ましくは、第１マスク層
を構成するＮｉ層を除去した後、第１マスク層を構成す
るＳｉＯ2膜をマスクとして、窒化物系半導体を選択成
長させる工程をさらに備えている。このように構成すれ
ば、Ｎｉ層を除去した後、リッジ部上に新たにＳｉＯ 2
膜を形成する必要がない。また、そのＳｉＯ2膜をマス
クとして、窒化物系半導体層を選択成長させることによ
り、ほぼ垂直な側壁を有するリッジ部の上面上以外の領
域を覆うように、窒化物系半導体からなる電流ブロック
層をより容易に形成することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
【００２８】（第１実施形態）図１〜図８および図１０
は、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ
素子の形成方法を説明するためのレーザ出射方向と垂直
な方向に沿った断面図である。図９は、本発明の第１実
施形態による窒化物系半導体レーザ素子の形成方法を説
明するためのレーザ出射方向と平行な方向に沿った断面
図である。図１１は、本発明の第１実施形態によるＮｉ
からなるマスク層の膜厚とエッチング側壁角度との関係
を示した特性図である。図１２は、本発明の第１実施形
態態によるＮｉからなるマスク層の側壁角度とエッチン
グ側壁角度との関係を示した特性図である。図１〜図１
２を参照して、本発明の第１実施形態による窒化物系半
導体レーザ素子の形成方法について以下に説明する。
【００２９】まず、図１に示すように、ｎ型ＳｉＣ基板
１上に、約０．５μｍの膜厚を有するｎ型ＧａＮからな
るバッファ層２、約１μｍの膜厚を有するｎ型Ａｌ0.1
Ｇａ0 .9Ｎからなるｎ型クラッド層３、ＭＱＷ活性層
４、約０．４μｍの膜厚を有するｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
からなるｐ型クラッド層５、および、約０．１μｍの膜
厚を有するｐ型ＧａＮ層６を順次形成する。なお、ｎ型
クラッド層３、ＭＱＷ活性層４、ｐ型クラッド層５およ
びｐ型ＧａＮ層６は、本発明の「窒化物系半導体層」の
一例である。
【００３０】次に、ｐ型ＧａＮ層６の上面上のほぼ全面
を覆うように、約０．３μｍの膜厚を有するＮｉ膜（図
示せず）を蒸着により形成する。そして、このＮｉ膜上
に、パターニングされたフォトレジスト（図示せず）を
形成した後、基板温度を約６０℃に保持した状態で、リ
ン酸：硝酸：過酸化水素水：水＝３０：３０：３０：１
００の組成を有するエッチング液を用いて、Ｎｉ膜をパ
ターニングすることによって、図２に示されるような、
Ｎｉからなるマスク層７を形成する。その後、フォトレ
ジスト（図示せず）を除去する。
【００３１】次に、ｐ型ＧａＮ層６の表面のマスク層７
が形成されていない領域を希ＨＣｌ溶液またはＨＦ溶液
を用いて約１分間洗浄する。このように、ｐ型ＧａＮ層
６の表面のマスク層７が形成されていない領域を洗浄す
ることによって、後の工程で、マスク層７をマスクとし
てｐ型ＧａＮ層６およびｐ型クラッド層５をエッチング
する際に、安定で再現性の良好なエッチングレート（エ
ッチング速度）を得ることができる。
【００３２】次に、図３に示すように、マスク層７をマ
スクとして、塩素系ガス（Ｃｌ2）を用いたＲＩＥ（反
応性イオンエッチング）法により、ｐ型ＧａＮ層６およ
びｐ型クラッド層５を、ｐ型ＧａＮ層６の上面から約
０．４μｍの厚み分だけエッチングする。この場合のＲ
ＩＥ法のエッチング条件は、Ｃｌ2流量：約２５ｓｃｃ
ｍ、エッチング圧力：約３．３Ｐａ、ＲＦパワー：約２
００Ｗ（０．６３Ｗ／ｃｍ2）、および、エッチング温
度：常温である。また、ＮｉとＧａＮとのエッチング選
択比は約１００倍以上であるので、この条件下では、約
９３ｎｍ／ｍｉｎの大きなエッチングレートでエッチン
グを行うことができる。
【００３３】上記の条件下では、エッチング深さはエッ
チング時間に比例するので、エッチング深さ（第１実施
形態では、約０．４μｍ）をエッチング時間により高い
精度で制御することができる。
【００３４】また、エッチングレートはエッチング圧力
に反比例するとともに、エッチング時にエッチング面に
堆積する種々の酸化物（酸化ガリウム、酸化アルミニウ
ムおよび酸化シリコンなど）の量は、エッチング時間に
比例する。この酸化物の量を低減するためには、エッチ
ング圧力を小さくすることによりエッチングレートを大
きくすることによって、エッチング時間を短縮する必要
がある。しかし、エッチング圧力を下げ過ぎると、ＲＩ
Ｅ法では放電が停止する。このため、エッチング圧力
は、約１．３Ｐａ〜約５．２Ｐａ（第１実施形態では約
３．３Ｐａ）の範囲が好ましい。
【００３５】ここで、上記のように、Ｎｉからなるマス
ク層を用いてＲＩＥ法によりエッチングを行う場合のＮ
ｉからなるマスク層の最適な膜厚と側壁角度について説
明する。図１１には、Ｎｉからなるマスク層をマスクと
して、塩素系ガスを用いて窒化物系半導体層をＲＩＥ法
によりエッチングする際の、Ｎｉからなるマスク層の膜
厚とエッチング側壁角度との関係が示されており、図１
２には、Ｎｉからなるマスク層の側壁角度とエッチング
側壁角度との関係が示されている。この場合のＲＩＥ法
のエッチング条件は、Ｃｌ2流量：約２５ｓｃｃｍ、エ
ッチング圧力：約３．３Ｐａ、ＲＦパワー：約２００Ｗ
（０．６３Ｗ／ｃｍ2）、および、エッチング温度：常
温である。
【００３６】図１１に示すように、エッチング側壁角度
は、Ｎｉからなるマスク層の膜厚が大きくなるにつれて
徐々に大きくなり、マスク層の膜厚が０．１μｍ以上の
範囲では、エッチング側壁角度は、９０°に飽和してい
る。また、図１２に示すように、エッチング側壁角度
は、Ｎｉからなるマスク層の側壁角度が大きくなるにつ
れて徐々に大きくなり、マスク層の側壁角度が８０°以
上の範囲では、エッチング側壁角度は、９０°に飽和し
ている。このことから、エッチング側壁角度がほぼ９０
°のリッジ部を形成するためには、Ｎｉからなるマスク
層７を０．１μｍ以上（第１実施形態では約０．３μ
ｍ）の膜厚と、８０°以上の側壁角度とを有するように
形成する必要があることがわかる。
【００３７】上記のような条件下で、ＲＩＥ法によるエ
ッチングを行うことにより、ｐ型クラッド層５の凸状部
およびｐ型ＧａＮ層６からなるほぼ垂直な側壁部を有す
るリッジ部が形成される。
【００３８】比較例として、たとえば、約０．５μｍの
膜厚を有するＳｉＯ2からなるマスク層をマスクとし
て、リッジ部を形成した場合、リッジ部の側壁角度は、
約８０°であった。これは、以下の理由によると考えら
れる。すなわち、ＳｉＯ2は、Ｎｉに比べて大きなエッ
チングレート（１６ｎｍ／ｍｉｎ）を有するので、エッ
チングされやすい。このため、ＳｉＯ2からなるマスク
層では、サイドエッチングが進行しやすいので、ＳｉＯ
2からなるマスク層の側部が後退する。その結果、その
ような側部が後退したＳｉＯ2からなるマスク層を用い
てエッチングにより形成されるリッジ部のエッチング側
壁角度が斜めになると考えられる。
【００３９】上記のように、ほぼ垂直な側壁部を有する
リッジ部を形成した後、ウェハの表面を、Ａｒガスまた
はＮ2ガスなどを用いて、ＲＩＥ法により、約５０Ｗ〜
約１５０Ｗの低いパワーで、約１分間〜約３分間エッチ
ングすることにより、エッチング時に堆積された酸化物
を除去する。これにより、ウェハの表面が清浄化され
る。
【００４０】次に、常温で、過酸化水素水：硫酸＝１：
１の混合液を用いて、マスク層７を約２分間ウェットエ
ッチングすることにより、リッジ部（ｐ型ＧａＮ層６）
上のマスク層７を除去する。これにより、図４に示すよ
うな形状が得られる。
【００４１】その後、図５に示すように、リッジ部（ｐ
型ＧａＮ層６）の上面上のほぼ全面に、約０．２μｍの
膜厚を有するＳｉＯ2膜８を形成する。そして、ＳｉＯ2
膜８を選択成長マスクとして、図６に示すように、ｐ型
クラッド層５の平坦部およびリッジ部の側壁部を覆うよ
うに、約０．５μｍの膜厚を有するｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0 .7
Ｎからなる電流ブロック層９を成長させる。この後、リ
ッジ部（ｐ型ＧａＮ層６）上のＳｉＯ2膜８を除去する
ことによって、図７に示すような形状が得られる。そし
て、図８に示すように、電流ブロック層９およびリッジ
部（ｐ型ＧａＮ層６）の上面を埋め込むように、約０．
３μｍの膜厚を有するｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタク
ト層１０を形成する。
【００４２】次に、図９に示すように、ｐ型コンタクト
層１０の上面上に、所定形状にパターニングされた約
０．３μｍの膜厚と、８０°以上の側壁角度とを有する
Ｎｉからなるマスク層１１を形成する。なお、図９は、
リッジ部の中心部におけるレーザ出射方向と平行な方向
に沿った断面図である。そして、このＮｉからなるマス
ク層１１をマスクとして、塩素系ガス（Ｃｌ2）を用い
たＲＩＥ法により、リッジ部を形成する際と同様のエッ
チング条件下で、ｐ型コンタクト層１０、ｐ型ＧａＮ層
６、ｐ型クラッド層５、ＭＱＷ活性層４およびｎ型クラ
ッド層３の一部領域を、ｐ型コンタクト層１０の上面か
ら約２μｍ〜約３μｍの厚み分だけエッチングにより除
去する。これにより、ほぼ垂直な側壁部を有する出射端
面５０が形成される。その後、常温で、過酸化水素水：
硫酸＝１：１の混合液を用いて、マスク層１１をウェッ
トエッチングすることにより、ｐ型コンタクト層１０上
のマスク層１１を除去する。
【００４３】次に、図１０に示すように、ｐ型コンタク
ト層１０の上面上にｐ側電極１２を形成する。また、ｎ
型ＳｉＣ基板１の裏面に、ｎ側電極１３を形成する。こ
のようにして、第１実施形態による窒化物系半導体レー
ザ素子が形成される。
【００４４】第１実施形態では、上記のように、約０．
４μｍの膜厚と、８０°以上の側壁角度とを有するＮｉ
からなるマスク層７をマスクとして、塩素系ガス（Ｃｌ
2）を用いたＲＩＥ法により、ｐ型ＧａＮ層６およびｐ
型クラッド層５をエッチングすることによって、塩素系
ガス（Ｃｌ2）によりエッチング速度を向上させること
ができるとともに、エッチングの際にＮｉからなるマス
ク層７がほとんどエッチングされないので、ほぼ垂直な
エッチング側壁角度で、ｐ型ＧａＮ層６およびｐ型クラ
ッド層５をエッチングすることができる。これにより、
ほぼ垂直な側壁部を有するリッジ部を形成することがで
きるので、窒化物系半導体レーザ素子の横方向の光閉じ
込め特性を向上させることができる。また、ほぼ垂直な
側壁部を有するリッジ部の上面の幅は、台形状のリッジ
部の上面の幅に比べて大きいので、リッジ部の抵抗を低
減することができるので、動作電圧を低減することがで
きる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子の高出力化
を図ることができる。
【００４５】また、第１実施形態では、上記のように、
０．１μｍ以上の膜厚と、８０°以上の側壁角度とを有
するＮｉからなるマスク層１１をマスクとして、塩素系
ガス（Ｃｌ2）を用いたＲＩＥ法により、レーザの出射
端面５０を形成することによって、エッチングの際にＮ
ｉからなるマスク層１１がほとんどエッチングされない
ので、ほぼ垂直な側壁部を有する出射端面を形成するこ
とができる。これにより、へき開を行うことなく、窒化
物系半導体レーザ素子を形成することができる。
【００４６】（第２実施形態）図１３〜図１７は、本発
明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の形
成方法を説明するためのレーザ出射方向と垂直な方向に
沿った断面図である。この第２実施形態では、ＳｉＯ2
膜２１とＳｉＯ2膜２１上に形成されたＮｉ膜２２とか
らなるマスク層をエッチングマスクとして、リッジ部を
形成する例について説明する。以下、図１３〜図１７を
参照して、詳細に説明する。
【００４７】まず、図１に示した第１実施形態の形成方
法と同様の形成方法を用いて、図１３に示すように、ｎ
型ＳｉＣ基板１上に、約０．５μｍの膜厚を有するｎ型
ＧａＮからなるバッファ層２、約１μｍの膜厚を有する
ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなるｎ型クラッド層３、ＭＱ
Ｗ活性層４、約０．４μｍの膜厚を有するｐ型Ａｌ0. 1
Ｇａ0.9Ｎからなるｐ型クラッド層５、および、約０．
１μｍの膜厚を有するｐ型ＧａＮ層６を順次形成する。
【００４８】次に、ｐ型ＧａＮ層６の上面上のほぼ全面
を覆うように、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、約０．２μｍの
膜厚を有するＳｉＯ2膜２１ａを形成する。このＳｉＯ2
膜２１ａ上の全面に、約０．３μｍの膜厚を有するＮｉ
膜（図示せず）を蒸着により形成した後、このＮｉ膜上
の所定領域に、フォトレジスト（図示せず）を形成す
る。そのフォトレジストをマスクとして、基板温度を約
６０℃に保持した状態で、リン酸：硝酸：過酸化水素
水：水＝３０：３０：３０：１００の組成を有するエッ
チング液を用いて、Ｎｉ膜をウェットエッチングするこ
とによって、図１３に示されるような、パターニングさ
れたＮｉ膜２２を形成する。その後、フォトレジスト
（図示せず）を除去する。この後、Ｎｉ膜２２をマスク
として、ＣＦ4およびＡｒを用いたドライエッチングに
より、ＳｉＯ2膜２１ａをエッチングすることによっ
て、図１４に示されるようなＳｉＯ2膜２１を形成す
る。このＳｉＯ2膜２１は、８０°以上の側壁角度を有
するように形成する。また、このＳｉＯ2膜２１とＮｉ
膜２２とによって、後述するリッジ部の形成の際のマス
ク層が構成される。
【００４９】次に、ｐ型ＧａＮ層６の表面のＳｉＯ2膜
２１およびＮｉ膜２２からなるマスク層が形成されてい
ない領域を希ＨＣｌ溶液またはＨＦ溶液を用いて約１分
間洗浄した後、図１５に示すように、ＳｉＯ2膜２１お
よびＮｉ膜２２からなるマスク層をマスクとして、塩素
系ガス（Ｃｌ2）を用いたＲＩＥ法により、ｐ型ＧａＮ
層６およびｐ型クラッド層５を、ｐ型ＧａＮ層６の上面
から約０．４μｍの厚み分だけエッチングする。この場
合のＲＩＥ法のエッチング条件は、第１実施形態と同
様、Ｃｌ2流量：約２５ｓｃｃｍ、エッチング圧力：約
３．３Ｐａ、ＲＦパワー：約２００Ｗ（０．６３Ｗ／ｃ
ｍ2）、および、エッチング温度：常温である。
【００５０】上記のような条件下で、ＲＩＥ法によるエ
ッチングを行うことにより、ｐ型クラッド層５の凸状部
およびｐ型ＧａＮ層６からなるほぼ垂直な側壁部を有す
るリッジ部が形成される。その後、ウェハの表面を、Ａ
ｒガスまたはＮ2ガスなどを用いて、ＲＩＥ法により、
約５０Ｗ〜約１５０Ｗの低いパワーで、約１分間〜約３
分間エッチングすることにより、エッチング時に堆積さ
れた酸化物を除去する。これにより、ウェハの表面が清
浄化される。
【００５１】次に、常温で、過酸化水素水：硫酸＝１：
１の混合液を用いて、Ｎｉ膜２２を約２分間ウェットエ
ッチングすることにより除去する。これにより、図１６
に示すような形状が得られる。
【００５２】その後、図１７に示すように、リッジ部形
成の際のエッチング時にマスク層として用いたＳｉＯ2
膜２１を選択成長マスクとして、ｐ型クラッド層５の平
坦部およびリッジ部の側壁部を覆うように、約０．５μ
ｍの膜厚を有するｎ型Ａｌ0. 3Ｇａ0.7Ｎからなる電流ブ
ロック層９を成長させる。
【００５３】第２実施形態のこれ以降の工程は、図７〜
図１０を用いて説明した第１実施形態の形成方法と同様
である。すなわち、リッジ部（ｐ型ＧａＮ層６）上のＳ
ｉＯ 2膜２１を除去することによって、図７に示すよう
な形状が得られる。そして、図８に示すように、電流ブ
ロック層９およびリッジ部（ｐ型ＧａＮ層６）の上面を
埋め込むように、約０．３μｍの膜厚を有するｐ型Ｇａ
Ｎからなるｐ型コンタクト層１０を形成する。
【００５４】そして、図９に示すように、ｐ型コンタク
ト層１０の上面上に、所定形状にパターニングされた約
０．３μｍの膜厚と、８０°以上の側壁角度とを有する
Ｎｉからなるマスク層１１を形成する。そして、このＮ
ｉからなるマスク層１１をマスクとして、塩素系ガス
（Ｃｌ2）を用いたＲＩＥ法により、リッジ部を形成す
る際と同様のエッチング条件下で、ｐ型コンタクト層１
０、ｐ型ＧａＮ層６、ｐ型クラッド層５、ＭＱＷ活性層
４およびｎ型クラッド層３の一部領域を、ｐ型コンタク
ト層１０の上面から約２μｍ〜約３μｍの厚み分だけエ
ッチングにより除去する。これにより、ほぼ垂直な側壁
部を有する出射端面５０が形成される。その後、常温
で、過酸化水素水：硫酸＝１：１の混合液を用いて、マ
スク層１１をウェットエッチングすることにより、ｐ型
コンタクト層１０上のマスク層１１を除去する。
【００５５】さらに、図１０に示すように、ｐ型コンタ
クト層１０の上面上にｐ側電極１２を形成する。また、
ｎ型ＳｉＣ基板１の裏面に、ｎ側電極１３を形成する。
このようにして、第２実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子が形成される。
【００５６】第２実施形態では、上記のように、リッジ
部形成の際のエッチング時にマスク層として用いたＳｉ
Ｏ2膜２１をマスクとして、選択成長により電流ブロッ
ク層９を形成することによって、リッジ部上に新たに選
択成長のためのマスク層となるＳｉＯ2膜を形成する必
要がない。また、ＳｉＯ2膜２１をマスクとして、選択
成長により電流ブロック層９を形成することによって、
ほぼ垂直な側壁を有するリッジ部の上面上以外の領域を
覆うように、電流ブロック層９を容易に形成することが
できる。
【００５７】なお、第２実施形態のその他の効果は、上
記第１実施形態の効果と同様である。
【００５８】なお、今回開示された実施形態は、すべて
の点で例示であって、制限的なものではないと考えられ
るべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説
明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許
請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更
が含まれる。
【００５９】たとえば、上記第１および第２実施形態で
は、ＲＩＥ法を用いてリッジ部および出射端面５０を形
成する際の塩素系ガスとして、Ｃｌ2ガスを用いたが、
本発明はこれに限らず、Ｃｌ2にＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4、
ＡｒまたはＮ2ガスを添加したガスを用いてもよい。こ
の場合、Ｃｌ2にＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4、ＡｒまたはＮ2ガ
スを添加したガスを用いて、ＲＩＥ法によりリッジ部お
よび出射端面を形成することによって、スパッタ性が向
上されるので、たとえば、ＧａＮからなる窒化物系半導
体をエッチングする場合に、ＧａＮ表面に形成された薄
いＧａの酸化物を除去することができる。これにより、
Ｃｌ2ガスのみの場合よりもより大きなエッチングレー
トを得ることができる。
【００６０】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、横方向
の光閉じ込め特性を向上させるとともに、リッジ部形成
後に窒化物系半導体を容易に選択成長させることが可能
な窒化物系半導体レーザ素子の形成方法を提供すること
ができる。また、反応性イオンエッチング法を用いて、
ほぼ垂直な出射端面を形成することが可能な窒化物系半
導体レーザ素子の形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子の形成方法を説明するためのレーザ出射方向と
垂直な方向に沿った断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子の形成方法を説明するためのレーザ出射方向と
垂直な方向に沿った断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子の形成方法を説明するためのレーザ出射方向と
垂直な方向に沿った断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子の形成方法を説明するためのレーザ出射方向と
垂直な方向に沿った断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子の形成方法を説明するためのレーザ出射方向と
垂直な方向に沿った断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子の形成方法を説明するためのレーザ出射方向と
垂直な方向に沿った断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子の形成方法を説明するためのレーザ出射方向と
垂直な方向に沿った断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子の形成方法を説明するためのレーザ出射方向と
垂直な方向に沿った断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子の形成方法を説明するためのレーザ出射方向と
平行な方向に沿った断面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子の形成方法を説明するためのレーザ出射方向
と垂直な方向に沿った断面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態によるＮｉからなるマ
スク層の膜厚とエッチング側壁角度との関係を示した特
性図である。
【図１２】本発明の第１実施形態によるＮｉからなるマ
スク層の側壁角度とエッチング側壁角度との関係を示し
た特性図である。
【図１３】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子の形成方法を説明するためのレーザ出射方向
と垂直な方向に沿った断面図である。
【図１４】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子の形成方法を説明するためのレーザ出射方向
と垂直な方向に沿った断面図である。
【図１５】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子の形成方法を説明するためのレーザ出射方向
と垂直な方向に沿った断面図である。
【図１６】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子の形成方法を説明するためのレーザ出射方向
と垂直な方向に沿った断面図である。
【図１７】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子の形成方法を説明するためのレーザ出射方向
と垂直な方向に沿った断面図である。
【符号の説明】
３ ｎ型クラッド層（窒化物系半導体層） ４ ＭＱＷ活性層（窒化物系半導体層） ５ ｐ型クラッド層（窒化物系半導体層） ６ ｐ型ＧａＮ層（窒化物系半導体層） ７、１１ マスク層 ８、２１ ＳｉＯ2膜（マスク層） ９ 電流ブロック層（窒化物系半導体） ２２ Ｎｉ膜（マスク層） ５０ 出射端面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 康彦 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F004 AA04 BA04 DA04 DA11 5F073 AA13 AA74 CA02 CB04 CB07 DA25

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 窒化物系半導体層上の所定領域に接触す
    るように、Ｎｉ層を含むマスク層を形成する工程と、 前記Ｎｉ層を含むマスク層をマスクとして、塩素系ガス
    を用いて、前記窒化物系半導体層を反応性イオンエッチ
    ング法によりエッチングすることによって、リッジ部を
    形成する工程と、 その後、前記リッジ部上に形成されたＳｉＯ2膜をマス
    クとして、窒化物系半導体を選択成長させる工程とを備
    えた、窒化物系半導体レーザ素子の形成方法。
  2. 【請求項２】 前記窒化物系半導体を選択成長させる工
    程は、 前記マスク層を構成するＮｉ層を除去した後、前記リッ
    ジ部上に前記ＳｉＯ2膜を形成する工程と、 前記ＳｉＯ2膜をマスクとして、前記窒化物系半導体を
    選択成長させる工程とを含む、請求項１に記載の窒化物
    系半導体レーザ素子の形成方法。
  3. 【請求項３】 前記マスク層を形成する工程は、 前記窒化物系半導体層上の所定領域に接触するように、
    前記ＳｉＯ2膜と前記ＳｉＯ2膜上に形成されたＮｉ層と
    を含むマスク層を形成する工程を含み、 前記窒化物系半導体を選択成長させる工程は、 前記マスク層を構成するＮｉ層を除去した後、前記マス
    ク層を構成するＳｉＯ 2膜をマスクとして、窒化物系半
    導体を選択成長させる工程を含む、請求項１に記載の窒
    化物系半導体レーザ素子の形成方法。
  4. 【請求項４】 窒化物系半導体層上の所定領域に接触す
    るように、Ｎｉ層を含むマスク層を形成する工程と、 前記Ｎｉ層を含むマスク層をマスクとして、塩素系ガス
    を用いて、前記窒化物系半導体層を反応性イオンエッチ
    ング法によりエッチングすることによって、出射端面を
    形成する工程とを備えた、窒化物系半導体レーザ素子の
    形成方法。
  5. 【請求項５】 前記マスク層を構成するＮｉ層は、０．
    １μｍ以上の厚みを有する、請求項１〜４のいずれか１
    項に記載の窒化物系半導体レーザ素子の形成方法。
  6. 【請求項６】 前記マスク層を構成するＮｉ層は、前記
    窒化物系半導体層の表面に対して８０°以上の側壁角度
    を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物
    系半導体レーザ素子の形成方法。
  7. 【請求項７】 前記塩素系ガスは、Ｃｌ2ガス、Ｃｌ2
    とＢＣｌ3とを含むガス、Ｃｌ2とＳｉＣｌ4とを含むガ
    ス、および、これらのガスのいずれかにＡｒガスまたは
    Ｎ2ガスを添加したガスからなるグループより選択され
    る１つのガスを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記
    載の窒化物系半導体レーザ素子の形成方法。
  8. 【請求項８】 前記窒化物系半導体層を反応性イオンエ
    ッチング法によりエッチングする工程に先だって、前記
    窒化物系半導体層の表面を洗浄する工程をさらに備え
    る、請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物系半導
    体レーザ素子の形成方法。
  9. 【請求項９】 前記窒化物系半導体層を反応性イオンエ
    ッチング法によりエッチングする工程の後、さらに、前
    記エッチングされた前記窒化物系半導体層の表面をＡｒ
    ガスおよびＮ2ガスのいずれかを用いて反応性イオンエ
    ッチング法によりエッチングを行う工程をさらに備え
    る、請求項１〜８のいずれか１項に記載の窒化物系半導
    体レーザ素子の形成方法。
  10. 【請求項１０】 前記マスク層は、前記Ｎｉ層からな
    る、請求項１〜９のいずれか１項に記載の窒化物系半導
    体レーザ素子の形成方法。
  11. 【請求項１１】 第１窒化物系半導体層上の所定領域に
    接触するように、ＳｉＯ2膜と前記ＳｉＯ2膜上に形成さ
    れたＮｉ層とを含む第１マスク層を形成する工程と、 前記ＳｉＯ2膜および前記Ｎｉ層を含む第１マスク層を
    マスクとして、塩素系ガスを用いて、前記第１窒化物系
    半導体層を反応性イオンエッチング法によりエッチング
    することによって、リッジ部を形成する工程と、 前記リッジ部上に、第２窒化物系半導体層を形成する工
    程と、 前記第２窒化物系半導体層上の所定領域に接触するよう
    に、Ｎｉ層を含む第２マスク層を形成する工程と、 前記Ｎｉ層を含む第２マスク層をマスクとして、塩素系
    ガスを用いて、前記第２窒化物系半導体層を反応性イオ
    ンエッチング法によりエッチングすることによって、出
    射端面を形成する工程とを備えた、窒化物系半導体レー
    ザ素子の形成方法。
  12. 【請求項１２】 前記第１マスク層を構成するＮｉ層を
    除去した後、前記第１マスク層を構成するＳｉＯ2膜を
    マスクとして、窒化物系半導体を選択成長させる工程を
    さらに備える、請求項１１に記載の窒化物系半導体レー
    ザ素子の形成方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114914165A (zh) * 2022-05-06 2022-08-16 北京燕东微电子科技有限公司 监测晶圆腐蚀液更换周期的方法

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