JP2004273752A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】歩留まり良く作製することが可能な窒化物半導体発光素子の製造方法を実現する。
【解決手段】基板１上に半導体膜を形成する工程と、該半導体膜上に例えばＡｕおよびＡｌが順に積層されたＰ側電極１０を形成する工程と、絶縁膜１１を堆積する工程と、リフトオフによってＰ側電極１０、絶縁膜１１を除去する工程を有している。水平横モードが安定で、かつ量産性に優れたＧａＮ系窒化物半導体発光素子を実現することが可能となる。また、リフトオフ前はＡｌの銀色がＰ側電極１０の表面に見られるが、リフトオフ後はＡｕの金色が表面に見られる。
【選択図】 図１
【解決手段】基板１上に半導体膜を形成する工程と、該半導体膜上に例えばＡｕおよびＡｌが順に積層されたＰ側電極１０を形成する工程と、絶縁膜１１を堆積する工程と、リフトオフによってＰ側電極１０、絶縁膜１１を除去する工程を有している。水平横モードが安定で、かつ量産性に優れたＧａＮ系窒化物半導体発光素子を実現することが可能となる。また、リフトオフ前はＡｌの銀色がＰ側電極１０の表面に見られるが、リフトオフ後はＡｕの金色が表面に見られる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクシステム等の光情報処理装置に用いられる光ピックアップ光源用の半導体レーザなどの窒化物半導体発光素子及び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おり、中でも窒化ガリウム系化合物半導体（ＡｌｕＧａｖＩｎｗＮ ０＜ｕ、ｖ、ｗ＜１、ｕ＋ｖ＋ｗ＝１）は、盛んに研究が行われており、ＬＥＤ（例えば青色、緑色）においては実用化が実現している。また、次世代高密度光ディスクの大容量化のために、赤色域や、赤外域の光に比べ、光ディスク上での集光スポット径を小さくする事ができる４００ｎｍ帯に発振波長を有する青色半導体レーザが要望されている。そのため、ＧａＮ系半導体を材料とする窒化物半導体レーザが注目され、現在では実用化レベルに達してきている。
【０００３】
これまでの半導体レーザ素子の製造方法としては、特許文献１に報告されている。図２はレーザ発振が達成されているＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子の構造断面図である。図２の半導体レーザ素子の製造方法は以下の通りである。
【０００４】
サファイア基板１０１上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、ＧａＮバッファ層１０２、ｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層１０３、ｎ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層１０４、ｎ−ＧａＮ光ガイド層１０５、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１０６、ｐ−ＧａＮ光ガイド層１０７、ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層１０８、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９が積層される。そして、フォトリソグラフィーによりレジストパターン形成後、ｎ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層１０４の下部までエッチングし、続いて、再びフォトリソグラフィーによりレジストストライプパターン形成後、レジストをマスクとして、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９と、ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層１０８の一部を幅２．５μｍのリッジ状にエッチングする。次に、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマとＳｉターゲット、及びＡｒ、Ｎ２ガスにより、Ｓｉ３Ｎ４膜４０１を１５０ｎｍ形成し、続いて、リフトオフによってリッジ上のＳｉ３Ｎ４膜４０１を除去し、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９の上部にｐ側電極５０１を形成する。最後に、露出させたｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層１０３上にｎ側電極６０１を形成する。
【０００５】
以上の製造工程により作製されたレーザ素子において、ｎ側電極６０１を接地し、ｐ側電極５０１に電圧を印加すると、ＭＱＷ活性層１０６にキャリアが注入され、前記ＭＱＷ活性層１０６内で光学利得が生じ、発振波長４００ｎｍ付近においてレーザ発振を起こす。現在は実用レベルに達してきている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３３２３５７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
最近の技術動向から、再生のみならず記録に対応する青色半導体レーザが求められている。従って、従来以上に高出力特性が要望されており、水平横モードの制御が重要となってくる。そこで、記録に対応するためには少なくとも出力３０ｍＷ以上の高出力特性が必要であり、高温での動作保証等を考慮すると、キンクレベルとしては倍の６０ｍＷ以上は必要と考えられ、図５に示すようにリッジ幅は２．０μｍ以下が必要である。
【０００８】
従来のＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子の製造方法においては、レジストをマスクとして、ドライエッチングすることにより、リッジ形状を作製している。しかしながら、ＧａＮ及びＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎとのドライエッチング時の選択比が低く（条件にもよるが、選択比は約１）、レジストマスクの後退が生じるため、２μｍ以下のリッジ幅における制御性が悪くなり、安定した高出力特性を実現するためには、水平横モードの制御という面で課題を残しており、歩留まりを悪化させる原因となる。
【０００９】
本発明の目的は、簡素化した工程の採用により、量産性に優れ、また簡素化した工程において、金属膜、及び絶縁膜をマスクに使用してリッジを作製することにより、２．０μｍ以下のリッジ幅の制御性を向上することができ、かつ高いキンクレベルを有することができる、高出力特性を有したＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、基板上に半導体膜を積層した後、レジストマスクを用いてリッジストライプパターンを形成し、蒸着によって金属膜を形成し、第一のリフトオフによってレジスト、及び該レジスト上の該金属膜の除去を行い、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマと固体（金属）ターゲット、及び反応ガスにより絶縁膜を堆積し、第二のリフトオフによって該金属膜、及び該金属膜上の該絶縁膜を除去する工程を有していることを特徴としている。この製造方法により、安定した高出力特性を持ち、かつ量産性に優れたＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子を実現することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の第１の実施例におけるＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子の製造方法について図面を参照しながら、説明を行う。
【００１２】
図３（ａ）において、まず、ＧａＮ基板１上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、バッファ層２を堆積する。その後、ｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層３、ｎ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層４、ｎ−ＧａＮ光ガイド層５、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層６、ｐ−ＧａＮ光ガイド層７、ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層８、ｐ−ＧａＮコンタクト層９を順次積層する。ＭＱＷ活性層６は３．５ｎｍのＧａ０．９２Ｉｎ０．０８Ｎ井戸層と、７．０ｎｍのＧａＮバリア層から構成されている。
【００１３】
次に、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーにより反転ストライプパターン２０１を形成後、導通を得るためのメタルＡ（例えば、Ｐｄ／Ａｕ）とアルミニウムとニッケルを含有するメタルＢ（例えば、Ａｌ／Ｎｉ）を含むＰ側電極１０を形成する。より詳細には、ｐ−ＧａＮコンタクト層９側（すなわち、下側）にメタルＡ（例えば、Ｐｄ／Ａｕ）が、後述する配線電極１２側（すなわち、上側）にメタルＢ（例えば、Ａｌ／Ｎｉ）が位置するように、これらのメタルＡおよびメタルＢが積層される。なお、メタルＡを構成し得るＰｄおよびＡｕについては、Ｐｄが上側に、Ａｕが下側に位置する。また、メタルＢを構成し得るＮｉおよびＡｌについては、Ｎｉが上側に、Ａｌが下側に位置する。
【００１４】
次に、図３（ｃ）に示すように、アセトンを用いたリフトオフによってレジストパターン２０１、及びレジストパターン２０１上のＰ側電極１０を除去する。
【００１５】
次に、図３（ｄ）に示すように、Ｐ側電極１０中のニッケルをマスクとして、塩素を主成分とする反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）により、ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層８の一部をリッジ状にエッチングする。ここで、ニッケルをマスクに使用することにより、ＧａＮ及びＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎとのドライエッチング時の選択比が高く、ニッケルマスクの後退がないため、１．５μｍというねらいのストライプ幅に対して、１．５±０．１μｍという制御性が得られデバイス特性上、高いキンクレベルの維持、すなわち高出力特性を有するレーザ発振を実現することが可能となる。ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層８の残し厚（エッチングによって薄くなっている部分の厚さ）は１００ｎｍである。
【００１６】
次に、図３（ｅ）に示すように、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマとＮｂ金属ターゲット、及びＡｒ、Ｏ２ガスによって絶縁膜であるＮｂ２Ｏ５膜１１を５０ｎｍ堆積する。ここで、Ｎｂ２Ｏ５膜１１の膜厚は光の吸収を生じないよう、また絶縁特性を十分に取ることが可能である２０ｎｍ以上が必要であり、また、膜厚が厚すぎるとリフトオフできないため、５００ｎｍ以下であることが必要である。望ましくは、歩留まり良くリフトオフを可能とし、かつ導波損失を低くするために、３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが有効である。
【００１７】
次に、図３（ｆ）に示すように、アルミニウムの塩酸に対するエッチングレートが本実施例に使用している他の材料より早いことを利用して、塩酸系エッチャントを用いたリフトオフによってＰ側電極１０中のメタルＢ（Ａｌ／Ｎｉ）、及びＰ側電極１０上のＮｂ２Ｏ５膜１１を除去する。このリフトオフ工程の際、リフトオフ前はニッケル、またはアルミニウム（メタルＢ）が表面に出ているため銀色をしているが、リフトオフ後は金（メタルＡ）が表面となるため、リフトオフ前後で色の変化によるリフトオフの確認を容易にすることが可能となり、歩留まりの向上を実現できる。なお、このとき、Ｐ側電極１０上のＮｂ２Ｏ５１１は、その下に位置するＰ側電極１０中のメタルＢ（Ａｌ／Ｎｉ）が除去されることにより、Ｐ側電極１０から剥がれ落ちるように除去される。
【００１８】
最後に、図４（ｇ）に示すように、配線電極１２を全面に形成し、ＧａＮ基板１裏面にｎ側電極１３を形成する。
【００１９】
以上の製造工程により作製されたレーザ素子において、ｎ側電極１３を接地し、ｐ側電極１０に電圧を印加すると、ＭＱＷ活性層６にキャリアが注入され、前記ＭＱＷ活性層６内で光学利得が生じ、発振波長４００ｎｍ付近においてレーザ発振を起こす。ＭＱＷ活性層６の材料であるＧａＩｎＮ薄膜の組成や膜厚により発振波長を変化させることができる。
【００２０】
図３（ｂ）に示すような反転ストライプパターンでレジストをパターンニングすることにより、従来のストライプ状にレジストを残す場合と比較して、ニッケルマスクを使用することによりドライエッチング時の選択比が高く、ニッケルマスクの後退がほとんどないため、レジストマスクを使用する場合と比較してストライプ幅の制御性が向上し、デバイス特性上、ストライプ幅が狭いことによる高いキンクレベル、及び安定したストライプ幅の制御による高いキンクレベルの維持、すなわち高出力特性を有するレーザ発振を実現することが可能となる。
【００２１】
また、アルミニウムの塩酸に対するエッチングレートの違いを利用した塩酸系エッチャントを用いたリフトオフ工程を採用することにより、リフトオフ前はニッケル、またはアルミニウムがＰ側電極１０の表面に出ているため銀色をしているが、リフトオフ後は金がＰ側電極１０の表面となるため、リフトオフ前後で色の変化によるリフトオフの確認を容易にすることが可能となり、工程の簡素化による生産性の向上、及び歩留まりの向上を実現できる。
【００２２】
また、本発明では、絶縁膜１１を堆積するのにＥＣＲスパッタを使用している。ＥＣＲスパッタを使用する利点の一つは、指向性が良いことであり、図９、図１０に示すようにリッジ形状の側壁への誘電体の堆積を低減でき、図９、図１０の形状を作ることにより初めてリフトオフを実現することが可能となる。図１１に示すような指向性が低い、等方性に堆積するプラズマＣＶＤなどを使用した場合は、誘電体に段切れが生じないため、リフトオフを実現することができない。
【００２３】
ＥＣＲスパッタを使用するもう一つの利点は、高純度化が比較的可能な金属ターゲット（Ｚｒ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉなど）を使えることから、材料への適応性が良い点であり、例えば、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＡｌＮ等の堆積を高品質に行うことが可能である。以上２つの利点より、ＥＣＲスパッタを使用しての誘電体堆積は必須であるといえる。
【００２４】
また、電流を狭窄するため、絶縁膜としてＮｂ２Ｏ５膜１１を使用しているが、絶縁膜としては図６に示すように屈折率の高い材料を使用するほど、キンクレベルの向上、すなわち高出力特性を実現することができるため、屈折率ｎ＝２．４０のＮｂ２Ｏ５膜を使用している。
【００２５】
また、ＧａＮ基板１を使用しているため、裏面にｎ電極を形成でき、従来よりチップ面積を小さくすることが可能となり、コストの低減を実現可能となる。
【００２６】
以上の製造方法により、従来の製造方法と比較して、本実施例の製造方法は全体の工程が簡素化されており、安定した高出力特性を持った、生産性の良いＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子を歩留まり良く作製することが可能となる。
【００２７】
なお、上記実施例においては、ＧａＮ基板１の例を示したが、ほかの材料系、例えば、レーザリフトオフによりサファイアを除去したＧａＮテンプレート基板、ＳｉＣ基板といった材料などを用いても同様の効果を得ることができる。また、ＧａＡｓやＮＧＯ（ＮｄＧａＯ３）、ＬＧＯ（ＬｉＧａＯ３）、Ｓｉなどの基板でも良い。
【００２８】
また、上記実施例においては、Ｎｂ２Ｏ５膜１１の例を示したが、高屈折率の材料系、例えば、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｈｆ２Ｏ５、ＡｌＮ、ＳｉＯ２といった材料やそれらの化合物（例えば、ＳｉＯＮやＡｌＯＮなど）などを用いても同様の効果を得ることができる。
【００２９】
特に、ＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子においては、屈折率１．８、望ましくは２．１を超えるＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５等がキンクレベル向上のために有効である。
【００３０】
また、上記実施例においては、塩酸系エッチャントを使用して、Ｐ側電極中のアルミニウムをエッチングし、リフトオフを行うことを示したが、（塩酸系、アルミニウム）といった組み合わせを（フッ酸系、チタン）、及び（硝酸系、ニッケル）といったエッチャント、金属の材料の組み合わせを用いても同様の効果を得ることができる。
【００３１】
本実施例では初期に堆積したＰ側電極１０の一部をエッチャントにより除去したが、Ｐ側電極全体をリフトオフにより除去してもかまわない。この場合、新たにＰ側電極を形成する必要がある。
【００３２】
本発明では、ＧａＮ系半導体レーザ素子を例にとって説明したが、他の材料系、例えばＡｌＧａＩｎＰ系や、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系のレーザにも適用可能である。また、半導体レーザのみでなく、発光ダイオードや、電子デバイス等の製造方法にも適用することが可能である。
【００３３】
（実施の形態２）
以下、本発明の第２の実施例におけるＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子の製造方法について図面を参照しながら、説明を行う。
【００３４】
図７（ａ）において、まず、ＧａＮ基板１上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、バッファ層２を堆積する。その後、ｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層３、ｎ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層４、ｎ−ＧａＮ光ガイド層５、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層６、ｐ−ＧａＮ光ガイド層７、ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層８、ｐ−ＧａＮコンタクト層９を順次積層する。ＭＱＷ活性層６は３．５ｎｍのＧａ０．９２Ｉｎ０．０８Ｎ井戸層と、７．０ｎｍのＧａＮバリア層から構成されている。
【００３５】
次に、図７（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーにより反転ストライプパターン２０１を形成後、導通を得るためのメタルＡ（例えば、Ｐｄ／Ａｕ）とアルミニウムとニッケルを含有するメタルＢ（例えば、Ａｌ／Ｎｉ）を含むＰ側電極１０、例えばプラズマＣＶＤによりＳｉＯ２膜３０１を形成する。なお、メタルＡおよびメタルＢの積層構造については、実施の形態１において説明した積層構造と同じである。
【００３６】
次に、図７（ｃ）に示すように、アセトンを用いたリフトオフによってレジストパターン２０１、及びレジストパターン２０１上のＰ側電極１０、Ｐ側電極１０上のＳｉＯ２膜３０１を除去する。
【００３７】
次に、図７（ｄ）に示すように、ＳｉＯ２膜３０１のニッケルをマスクとして、塩素を主成分とする反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）により、ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層８の一部をリッジ状にエッチングする。ここで、ＳｉＯ２膜をマスクに使用することにより、ＧａＮ及びＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎとのドライエッチング時の選択比が高く、ＳｉＯ２マスクの後退がないため、１．５μｍという狙いのストライプ幅に対して１．５±０．１μｍという制御性が得られ、デバイス特性上、高いキンクレベルの維持、すなわち高出力特性を有するレーザ発振を実現することが可能となる。ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層８の残し厚（エッチングによって薄くなっている部分の厚さ）は１００ｎｍである。
【００３８】
次に、図７（ｅ）に示すように、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマとＴａ金属ターゲット、及びＡｒ、Ｏ２ガスによって絶縁膜であるＴａ２Ｏ５膜１４を５０ｎｍ堆積する。ここで、Ｔａ２Ｏ５膜１４の膜厚は光の吸収を生じないよう、また絶縁特性を十分に取ることが可能である２０ｎｍ以上が必要であり、また、膜厚が厚すぎるとリフトオフできないため、５００ｎｍ以下であることが必要である。望ましくは、歩留まり良くリフトオフを可能とし、かつ導波損失を低くするために、３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが有効である。
【００３９】
次に、図７（ｆ）に示すように、アルミニウムの塩酸に対するエッチングレートが本実施例に使用している他の材料より早いことを利用して、塩酸系エッチャントを用いたリフトオフによってＰ側電極１０中のメタルＢ（Ａｌ／Ｎｉ）、ＳｉＯ２膜３０１、及びＰ側電極１０上のＴａ２Ｏ５膜１４を除去する。このリフトオフ工程の際、リフトオフ前はニッケル、またはアルミニウムがＰ側電極１０の表面に出ているため銀色をしているが、リフトオフ後は金がＰ側電極１０の表面となるため、リフトオフ前後で色の変化によるリフトオフの確認を容易にすることが可能となり、歩留まりの向上を実現できる。
【００４０】
最後に、図７（ｇ）に示すように、配線電極１２を全面に形成し、ＧａＮ基板１裏面にｎ側電極１３を形成する。
【００４１】
以上の製造工程により作製されたレーザ素子において、ｎ側電極１３を接地し、ｐ側電極１０に電圧を印加すると、ＭＱＷ活性層６にキャリアが注入され、前記ＭＱＷ活性層６内で光学利得が生じ、発振波長４００ｎｍ付近においてレーザ発振を起こす。ＭＱＷ活性層６の材料であるＧａＩｎＮ薄膜の組成や膜厚により発振波長を変化させることができる。
【００４２】
図７（ｂ）に示すような反転ストライプパターンでレジストをパターンニングすることにより、従来のストライプ状にレジストを残す場合と比較して、ＳｉＯ２３０１からなるマスクを使用することによりドライエッチング時の選択比が高く、ＳｉＯ２３０１からなるマスクの後退がほとんどないため、レジストマスクを使用する場合と比較してストライプ幅の制御性が向上し、デバイス特性上、ストライプ幅が狭いことによる高いキンクレベル、及び安定したストライプ幅の制御による高いキンクレベルの維持、すなわち高出力特性を有するレーザ発振を実現することが可能となる。
【００４３】
また、アルミニウムの塩酸に対するエッチングレートの違いを利用した塩酸系エッチャントを用いたリフトオフ工程を採用することにより、リフトオフ前はニッケル、またはアルミニウムが表面に出ているため銀色をしているが、リフトオフ後は金が表面となるため、リフトオフ前後で色の変化によるリフトオフの確認を容易にすることが可能となり、工程の簡素化による生産性の向上、及び歩留まりの向上を実現できる。
【００４４】
また、本発明では、絶縁膜１１を堆積するのにＥＣＲスパッタを使用している。ＥＣＲスパッタを使用する利点の一つは、指向性が良いことであり、図９、図１０に示すようにリッジ形状の側壁への誘電体の堆積を低減でき、図９、図１０の形状を作ることにより初めてリフトオフを実現することが可能となる。図１１に示すような指向性が低い、等方性に堆積するプラズマＣＶＤなどを使用した場合は、誘電体に段切れが生じないため、リフトオフを実現することができない。ＥＣＲスパッタを使用するもう一つの利点は、高純度化が比較的可能な金属ターゲット（Ｚｒ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉなど）を使えることから、材料への適応性が良い点であり、例えば、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＡｌＮ等の堆積を高品質に行うことが可能である。以上２つの利点より、ＥＣＲスパッタを使用しての誘電体堆積は必須であるといえる。
【００４５】
また、電流を狭窄するため、絶縁膜としてＴａ２Ｏ５膜１１を使用しているが、絶縁膜としては図６に示すように屈折率の高い材料を使用するほど、キンクレベルの向上、すなわち高出力特性を実現することができるため、屈折率ｎ＝２．２のＴａ２Ｏ５膜を使用している。
【００４６】
また、ＧａＮ基板を使用しているため、裏面にｎ電極を形成でき、従来よりチップ面積を小さくすることが可能となり、コストの低減を実現可能となる。
【００４７】
以上の製造方法により、従来の製造方法と比較して、本実施例の製造方法は全体の工程が簡素化されており、安定した高出力特性を持った、生産性の良いＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子を歩留まり良く作製することが可能となる。
【００４８】
なお、上記実施例においては、ＧａＮ基板１の例を示したが、ほかの材料系、例えば、レーザリフトオフによりサファイアを除去したＧａＮテンプレート基板、ＳｉＣ基板といった材料などを用いても同様の効果を得ることができる。また、ＧａＡｓやＮＧＯ（ＮｄＧａＯ３）、ＬＧＯ（ＬｉＧａＯ３）、Ｓｉなどの基板でも良い。
【００４９】
また、上記実施例においては、Ｔａ２Ｏ５膜の例を示したが、高屈折率の材料系、例えば、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｈｆ２Ｏ５、ＡｌＮ、ＳｉＯ２といった材料やそれらの化合物（例えば、ＳｉＯＮやＡｌＯＮなど）などを用いても同様の効果を得ることができる。
【００５０】
特に、ＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子においては、屈折率１．８、望ましくは２．１を超えるＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５等がキンクレベル向上のために有効である。
【００５１】
また、上記実施例においては、塩酸系エッチャントを使用して、Ｐ側電極中のアルミニウムをエッチングし、リフトオフを行うことを示したが、（塩酸系、アルミニウム）といった組み合わせを（フッ酸系、チタン）、及び（硝酸系、ニッケル）といったエッチャント、金属の材料の組み合わせを用いても同様の効果を得ることができる。
【００５２】
本実施例では初期に堆積したＰ側電極の一部をエッチャントにより除去したが、Ｐ側電極全体をリフトオフにより除去してもかまわない。この場合、新たにＰ電極を形成する必要がある。
【００５３】
本発明では、ＧａＮ系半導体レーザ素子を例にとって説明したが、他の材料系、例えばＡｌＧａＩｎＰ系や、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系のレーザにも適用可能である。また、半導体レーザのみでなく、発光ダイオードや、電子デバイス等の製造方法にも適用することが可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、リッジ状にドライエッチングする場合に、金属膜、及び誘電体マスクを使用することによりドライエッチング時の選択比が高く、レジストマスクを使用する場合と比較してストライプ幅の制御性が向上し、高出力特性を実現できる。
【００５５】
また、アルミニウムの塩酸に対するエッチングレートの違いを利用したリフトオフ工程を採用することにより、リフトオフ前後で色の変化によるリフトオフの確認を容易にすることが可能となり、工程の簡素化による生産性の向上、及び歩留まりの向上を実現できる。
【００５６】
また、電流を狭窄するため、絶縁膜として高屈折率材料を使用しており、キンクレベルの向上、すなわち高出力特性を実現することができる。
【００５７】
以上の製造方法により、従来の製造方法と比較して、本発明の製造方法は全体の工程が簡素化されており、安定した高出力特性を持った、生産性の良いＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子を歩留まり良く作製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における、窒化物半導体レーザ素子の断面図
【図２】従来の窒化物半導体レーザ素子の断面図
【図３】本発明の第１の実施例における、窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す図
【図４】本発明の第１の実施例における、窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す図
【図５】リッジ幅とキンクレベルの相関図
【図６】絶縁膜の屈折率とキンクレベルの相関図
【図７】本発明の第２の実施例における、窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す図
【図８】本発明の第２の実施例における、窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す図
【図９】ＥＣＲスパッタを使用した場合のリッジ形状図
【図１０】ＥＣＲスパッタを使用した場合のリッジ形状図
【図１１】例えば、プラズマＣＶＤをしようした場合のリッジ形状図
【符号の説明】
１ ＧａＮ基板
２ バッファ層
３ ｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層
４ ｎ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層
５ ｎ−ＧａＮ光ガイド層
６ 多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層
７ ｐ−ＧａＮ光ガイド層
８ ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層
９ ｐ−ＧａＮコンタクト層
１０ Ｐ側電極
１１ Ｎｂ２Ｏ５膜（絶縁膜）
１２ 配線電極
１３ ｎ側電極
１４ Ｔａ２Ｏ５膜
１０１ サファイア基板
１０２ ＧａＮバッファ層
１０３ ｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層
１０４ ｎ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層
１０５ ｎ−ＧａＮ光ガイド層
１０６ 多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層
１０７ ｐ−ＧａＮ光ガイド層
１０８ ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層
１０９ ｐ−ＧａＮコンタクト層
２０１ 反転ストライプパターン
３０１ ＳｉＯ２膜
４０１ Ｓｉ３Ｎ４膜
５０１ ｐ側電極
６０１ ｎ側電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクシステム等の光情報処理装置に用いられる光ピックアップ光源用の半導体レーザなどの窒化物半導体発光素子及び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おり、中でも窒化ガリウム系化合物半導体（ＡｌｕＧａｖＩｎｗＮ ０＜ｕ、ｖ、ｗ＜１、ｕ＋ｖ＋ｗ＝１）は、盛んに研究が行われており、ＬＥＤ（例えば青色、緑色）においては実用化が実現している。また、次世代高密度光ディスクの大容量化のために、赤色域や、赤外域の光に比べ、光ディスク上での集光スポット径を小さくする事ができる４００ｎｍ帯に発振波長を有する青色半導体レーザが要望されている。そのため、ＧａＮ系半導体を材料とする窒化物半導体レーザが注目され、現在では実用化レベルに達してきている。
【０００３】
これまでの半導体レーザ素子の製造方法としては、特許文献１に報告されている。図２はレーザ発振が達成されているＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子の構造断面図である。図２の半導体レーザ素子の製造方法は以下の通りである。
【０００４】
サファイア基板１０１上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、ＧａＮバッファ層１０２、ｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層１０３、ｎ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層１０４、ｎ−ＧａＮ光ガイド層１０５、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１０６、ｐ−ＧａＮ光ガイド層１０７、ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層１０８、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９が積層される。そして、フォトリソグラフィーによりレジストパターン形成後、ｎ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層１０４の下部までエッチングし、続いて、再びフォトリソグラフィーによりレジストストライプパターン形成後、レジストをマスクとして、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９と、ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層１０８の一部を幅２．５μｍのリッジ状にエッチングする。次に、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマとＳｉターゲット、及びＡｒ、Ｎ２ガスにより、Ｓｉ３Ｎ４膜４０１を１５０ｎｍ形成し、続いて、リフトオフによってリッジ上のＳｉ３Ｎ４膜４０１を除去し、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９の上部にｐ側電極５０１を形成する。最後に、露出させたｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層１０３上にｎ側電極６０１を形成する。
【０００５】
以上の製造工程により作製されたレーザ素子において、ｎ側電極６０１を接地し、ｐ側電極５０１に電圧を印加すると、ＭＱＷ活性層１０６にキャリアが注入され、前記ＭＱＷ活性層１０６内で光学利得が生じ、発振波長４００ｎｍ付近においてレーザ発振を起こす。現在は実用レベルに達してきている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３３２３５７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
最近の技術動向から、再生のみならず記録に対応する青色半導体レーザが求められている。従って、従来以上に高出力特性が要望されており、水平横モードの制御が重要となってくる。そこで、記録に対応するためには少なくとも出力３０ｍＷ以上の高出力特性が必要であり、高温での動作保証等を考慮すると、キンクレベルとしては倍の６０ｍＷ以上は必要と考えられ、図５に示すようにリッジ幅は２．０μｍ以下が必要である。
【０００８】
従来のＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子の製造方法においては、レジストをマスクとして、ドライエッチングすることにより、リッジ形状を作製している。しかしながら、ＧａＮ及びＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎとのドライエッチング時の選択比が低く（条件にもよるが、選択比は約１）、レジストマスクの後退が生じるため、２μｍ以下のリッジ幅における制御性が悪くなり、安定した高出力特性を実現するためには、水平横モードの制御という面で課題を残しており、歩留まりを悪化させる原因となる。
【０００９】
本発明の目的は、簡素化した工程の採用により、量産性に優れ、また簡素化した工程において、金属膜、及び絶縁膜をマスクに使用してリッジを作製することにより、２．０μｍ以下のリッジ幅の制御性を向上することができ、かつ高いキンクレベルを有することができる、高出力特性を有したＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、基板上に半導体膜を積層した後、レジストマスクを用いてリッジストライプパターンを形成し、蒸着によって金属膜を形成し、第一のリフトオフによってレジスト、及び該レジスト上の該金属膜の除去を行い、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマと固体（金属）ターゲット、及び反応ガスにより絶縁膜を堆積し、第二のリフトオフによって該金属膜、及び該金属膜上の該絶縁膜を除去する工程を有していることを特徴としている。この製造方法により、安定した高出力特性を持ち、かつ量産性に優れたＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子を実現することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の第１の実施例におけるＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子の製造方法について図面を参照しながら、説明を行う。
【００１２】
図３（ａ）において、まず、ＧａＮ基板１上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、バッファ層２を堆積する。その後、ｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層３、ｎ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層４、ｎ−ＧａＮ光ガイド層５、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層６、ｐ−ＧａＮ光ガイド層７、ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層８、ｐ−ＧａＮコンタクト層９を順次積層する。ＭＱＷ活性層６は３．５ｎｍのＧａ０．９２Ｉｎ０．０８Ｎ井戸層と、７．０ｎｍのＧａＮバリア層から構成されている。
【００１３】
次に、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーにより反転ストライプパターン２０１を形成後、導通を得るためのメタルＡ（例えば、Ｐｄ／Ａｕ）とアルミニウムとニッケルを含有するメタルＢ（例えば、Ａｌ／Ｎｉ）を含むＰ側電極１０を形成する。より詳細には、ｐ−ＧａＮコンタクト層９側（すなわち、下側）にメタルＡ（例えば、Ｐｄ／Ａｕ）が、後述する配線電極１２側（すなわち、上側）にメタルＢ（例えば、Ａｌ／Ｎｉ）が位置するように、これらのメタルＡおよびメタルＢが積層される。なお、メタルＡを構成し得るＰｄおよびＡｕについては、Ｐｄが上側に、Ａｕが下側に位置する。また、メタルＢを構成し得るＮｉおよびＡｌについては、Ｎｉが上側に、Ａｌが下側に位置する。
【００１４】
次に、図３（ｃ）に示すように、アセトンを用いたリフトオフによってレジストパターン２０１、及びレジストパターン２０１上のＰ側電極１０を除去する。
【００１５】
次に、図３（ｄ）に示すように、Ｐ側電極１０中のニッケルをマスクとして、塩素を主成分とする反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）により、ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層８の一部をリッジ状にエッチングする。ここで、ニッケルをマスクに使用することにより、ＧａＮ及びＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎとのドライエッチング時の選択比が高く、ニッケルマスクの後退がないため、１．５μｍというねらいのストライプ幅に対して、１．５±０．１μｍという制御性が得られデバイス特性上、高いキンクレベルの維持、すなわち高出力特性を有するレーザ発振を実現することが可能となる。ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層８の残し厚（エッチングによって薄くなっている部分の厚さ）は１００ｎｍである。
【００１６】
次に、図３（ｅ）に示すように、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマとＮｂ金属ターゲット、及びＡｒ、Ｏ２ガスによって絶縁膜であるＮｂ２Ｏ５膜１１を５０ｎｍ堆積する。ここで、Ｎｂ２Ｏ５膜１１の膜厚は光の吸収を生じないよう、また絶縁特性を十分に取ることが可能である２０ｎｍ以上が必要であり、また、膜厚が厚すぎるとリフトオフできないため、５００ｎｍ以下であることが必要である。望ましくは、歩留まり良くリフトオフを可能とし、かつ導波損失を低くするために、３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが有効である。
【００１７】
次に、図３（ｆ）に示すように、アルミニウムの塩酸に対するエッチングレートが本実施例に使用している他の材料より早いことを利用して、塩酸系エッチャントを用いたリフトオフによってＰ側電極１０中のメタルＢ（Ａｌ／Ｎｉ）、及びＰ側電極１０上のＮｂ２Ｏ５膜１１を除去する。このリフトオフ工程の際、リフトオフ前はニッケル、またはアルミニウム（メタルＢ）が表面に出ているため銀色をしているが、リフトオフ後は金（メタルＡ）が表面となるため、リフトオフ前後で色の変化によるリフトオフの確認を容易にすることが可能となり、歩留まりの向上を実現できる。なお、このとき、Ｐ側電極１０上のＮｂ２Ｏ５１１は、その下に位置するＰ側電極１０中のメタルＢ（Ａｌ／Ｎｉ）が除去されることにより、Ｐ側電極１０から剥がれ落ちるように除去される。
【００１８】
最後に、図４（ｇ）に示すように、配線電極１２を全面に形成し、ＧａＮ基板１裏面にｎ側電極１３を形成する。
【００１９】
以上の製造工程により作製されたレーザ素子において、ｎ側電極１３を接地し、ｐ側電極１０に電圧を印加すると、ＭＱＷ活性層６にキャリアが注入され、前記ＭＱＷ活性層６内で光学利得が生じ、発振波長４００ｎｍ付近においてレーザ発振を起こす。ＭＱＷ活性層６の材料であるＧａＩｎＮ薄膜の組成や膜厚により発振波長を変化させることができる。
【００２０】
図３（ｂ）に示すような反転ストライプパターンでレジストをパターンニングすることにより、従来のストライプ状にレジストを残す場合と比較して、ニッケルマスクを使用することによりドライエッチング時の選択比が高く、ニッケルマスクの後退がほとんどないため、レジストマスクを使用する場合と比較してストライプ幅の制御性が向上し、デバイス特性上、ストライプ幅が狭いことによる高いキンクレベル、及び安定したストライプ幅の制御による高いキンクレベルの維持、すなわち高出力特性を有するレーザ発振を実現することが可能となる。
【００２１】
また、アルミニウムの塩酸に対するエッチングレートの違いを利用した塩酸系エッチャントを用いたリフトオフ工程を採用することにより、リフトオフ前はニッケル、またはアルミニウムがＰ側電極１０の表面に出ているため銀色をしているが、リフトオフ後は金がＰ側電極１０の表面となるため、リフトオフ前後で色の変化によるリフトオフの確認を容易にすることが可能となり、工程の簡素化による生産性の向上、及び歩留まりの向上を実現できる。
【００２２】
また、本発明では、絶縁膜１１を堆積するのにＥＣＲスパッタを使用している。ＥＣＲスパッタを使用する利点の一つは、指向性が良いことであり、図９、図１０に示すようにリッジ形状の側壁への誘電体の堆積を低減でき、図９、図１０の形状を作ることにより初めてリフトオフを実現することが可能となる。図１１に示すような指向性が低い、等方性に堆積するプラズマＣＶＤなどを使用した場合は、誘電体に段切れが生じないため、リフトオフを実現することができない。
【００２３】
ＥＣＲスパッタを使用するもう一つの利点は、高純度化が比較的可能な金属ターゲット（Ｚｒ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉなど）を使えることから、材料への適応性が良い点であり、例えば、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＡｌＮ等の堆積を高品質に行うことが可能である。以上２つの利点より、ＥＣＲスパッタを使用しての誘電体堆積は必須であるといえる。
【００２４】
また、電流を狭窄するため、絶縁膜としてＮｂ２Ｏ５膜１１を使用しているが、絶縁膜としては図６に示すように屈折率の高い材料を使用するほど、キンクレベルの向上、すなわち高出力特性を実現することができるため、屈折率ｎ＝２．４０のＮｂ２Ｏ５膜を使用している。
【００２５】
また、ＧａＮ基板１を使用しているため、裏面にｎ電極を形成でき、従来よりチップ面積を小さくすることが可能となり、コストの低減を実現可能となる。
【００２６】
以上の製造方法により、従来の製造方法と比較して、本実施例の製造方法は全体の工程が簡素化されており、安定した高出力特性を持った、生産性の良いＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子を歩留まり良く作製することが可能となる。
【００２７】
なお、上記実施例においては、ＧａＮ基板１の例を示したが、ほかの材料系、例えば、レーザリフトオフによりサファイアを除去したＧａＮテンプレート基板、ＳｉＣ基板といった材料などを用いても同様の効果を得ることができる。また、ＧａＡｓやＮＧＯ（ＮｄＧａＯ３）、ＬＧＯ（ＬｉＧａＯ３）、Ｓｉなどの基板でも良い。
【００２８】
また、上記実施例においては、Ｎｂ２Ｏ５膜１１の例を示したが、高屈折率の材料系、例えば、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｈｆ２Ｏ５、ＡｌＮ、ＳｉＯ２といった材料やそれらの化合物（例えば、ＳｉＯＮやＡｌＯＮなど）などを用いても同様の効果を得ることができる。
【００２９】
特に、ＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子においては、屈折率１．８、望ましくは２．１を超えるＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５等がキンクレベル向上のために有効である。
【００３０】
また、上記実施例においては、塩酸系エッチャントを使用して、Ｐ側電極中のアルミニウムをエッチングし、リフトオフを行うことを示したが、（塩酸系、アルミニウム）といった組み合わせを（フッ酸系、チタン）、及び（硝酸系、ニッケル）といったエッチャント、金属の材料の組み合わせを用いても同様の効果を得ることができる。
【００３１】
本実施例では初期に堆積したＰ側電極１０の一部をエッチャントにより除去したが、Ｐ側電極全体をリフトオフにより除去してもかまわない。この場合、新たにＰ側電極を形成する必要がある。
【００３２】
本発明では、ＧａＮ系半導体レーザ素子を例にとって説明したが、他の材料系、例えばＡｌＧａＩｎＰ系や、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系のレーザにも適用可能である。また、半導体レーザのみでなく、発光ダイオードや、電子デバイス等の製造方法にも適用することが可能である。
【００３３】
（実施の形態２）
以下、本発明の第２の実施例におけるＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子の製造方法について図面を参照しながら、説明を行う。
【００３４】
図７（ａ）において、まず、ＧａＮ基板１上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、バッファ層２を堆積する。その後、ｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層３、ｎ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層４、ｎ−ＧａＮ光ガイド層５、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層６、ｐ−ＧａＮ光ガイド層７、ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層８、ｐ−ＧａＮコンタクト層９を順次積層する。ＭＱＷ活性層６は３．５ｎｍのＧａ０．９２Ｉｎ０．０８Ｎ井戸層と、７．０ｎｍのＧａＮバリア層から構成されている。
【００３５】
次に、図７（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーにより反転ストライプパターン２０１を形成後、導通を得るためのメタルＡ（例えば、Ｐｄ／Ａｕ）とアルミニウムとニッケルを含有するメタルＢ（例えば、Ａｌ／Ｎｉ）を含むＰ側電極１０、例えばプラズマＣＶＤによりＳｉＯ２膜３０１を形成する。なお、メタルＡおよびメタルＢの積層構造については、実施の形態１において説明した積層構造と同じである。
【００３６】
次に、図７（ｃ）に示すように、アセトンを用いたリフトオフによってレジストパターン２０１、及びレジストパターン２０１上のＰ側電極１０、Ｐ側電極１０上のＳｉＯ２膜３０１を除去する。
【００３７】
次に、図７（ｄ）に示すように、ＳｉＯ２膜３０１のニッケルをマスクとして、塩素を主成分とする反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）により、ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層８の一部をリッジ状にエッチングする。ここで、ＳｉＯ２膜をマスクに使用することにより、ＧａＮ及びＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎとのドライエッチング時の選択比が高く、ＳｉＯ２マスクの後退がないため、１．５μｍという狙いのストライプ幅に対して１．５±０．１μｍという制御性が得られ、デバイス特性上、高いキンクレベルの維持、すなわち高出力特性を有するレーザ発振を実現することが可能となる。ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層８の残し厚（エッチングによって薄くなっている部分の厚さ）は１００ｎｍである。
【００３８】
次に、図７（ｅ）に示すように、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマとＴａ金属ターゲット、及びＡｒ、Ｏ２ガスによって絶縁膜であるＴａ２Ｏ５膜１４を５０ｎｍ堆積する。ここで、Ｔａ２Ｏ５膜１４の膜厚は光の吸収を生じないよう、また絶縁特性を十分に取ることが可能である２０ｎｍ以上が必要であり、また、膜厚が厚すぎるとリフトオフできないため、５００ｎｍ以下であることが必要である。望ましくは、歩留まり良くリフトオフを可能とし、かつ導波損失を低くするために、３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが有効である。
【００３９】
次に、図７（ｆ）に示すように、アルミニウムの塩酸に対するエッチングレートが本実施例に使用している他の材料より早いことを利用して、塩酸系エッチャントを用いたリフトオフによってＰ側電極１０中のメタルＢ（Ａｌ／Ｎｉ）、ＳｉＯ２膜３０１、及びＰ側電極１０上のＴａ２Ｏ５膜１４を除去する。このリフトオフ工程の際、リフトオフ前はニッケル、またはアルミニウムがＰ側電極１０の表面に出ているため銀色をしているが、リフトオフ後は金がＰ側電極１０の表面となるため、リフトオフ前後で色の変化によるリフトオフの確認を容易にすることが可能となり、歩留まりの向上を実現できる。
【００４０】
最後に、図７（ｇ）に示すように、配線電極１２を全面に形成し、ＧａＮ基板１裏面にｎ側電極１３を形成する。
【００４１】
以上の製造工程により作製されたレーザ素子において、ｎ側電極１３を接地し、ｐ側電極１０に電圧を印加すると、ＭＱＷ活性層６にキャリアが注入され、前記ＭＱＷ活性層６内で光学利得が生じ、発振波長４００ｎｍ付近においてレーザ発振を起こす。ＭＱＷ活性層６の材料であるＧａＩｎＮ薄膜の組成や膜厚により発振波長を変化させることができる。
【００４２】
図７（ｂ）に示すような反転ストライプパターンでレジストをパターンニングすることにより、従来のストライプ状にレジストを残す場合と比較して、ＳｉＯ２３０１からなるマスクを使用することによりドライエッチング時の選択比が高く、ＳｉＯ２３０１からなるマスクの後退がほとんどないため、レジストマスクを使用する場合と比較してストライプ幅の制御性が向上し、デバイス特性上、ストライプ幅が狭いことによる高いキンクレベル、及び安定したストライプ幅の制御による高いキンクレベルの維持、すなわち高出力特性を有するレーザ発振を実現することが可能となる。
【００４３】
また、アルミニウムの塩酸に対するエッチングレートの違いを利用した塩酸系エッチャントを用いたリフトオフ工程を採用することにより、リフトオフ前はニッケル、またはアルミニウムが表面に出ているため銀色をしているが、リフトオフ後は金が表面となるため、リフトオフ前後で色の変化によるリフトオフの確認を容易にすることが可能となり、工程の簡素化による生産性の向上、及び歩留まりの向上を実現できる。
【００４４】
また、本発明では、絶縁膜１１を堆積するのにＥＣＲスパッタを使用している。ＥＣＲスパッタを使用する利点の一つは、指向性が良いことであり、図９、図１０に示すようにリッジ形状の側壁への誘電体の堆積を低減でき、図９、図１０の形状を作ることにより初めてリフトオフを実現することが可能となる。図１１に示すような指向性が低い、等方性に堆積するプラズマＣＶＤなどを使用した場合は、誘電体に段切れが生じないため、リフトオフを実現することができない。ＥＣＲスパッタを使用するもう一つの利点は、高純度化が比較的可能な金属ターゲット（Ｚｒ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉなど）を使えることから、材料への適応性が良い点であり、例えば、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＡｌＮ等の堆積を高品質に行うことが可能である。以上２つの利点より、ＥＣＲスパッタを使用しての誘電体堆積は必須であるといえる。
【００４５】
また、電流を狭窄するため、絶縁膜としてＴａ２Ｏ５膜１１を使用しているが、絶縁膜としては図６に示すように屈折率の高い材料を使用するほど、キンクレベルの向上、すなわち高出力特性を実現することができるため、屈折率ｎ＝２．２のＴａ２Ｏ５膜を使用している。
【００４６】
また、ＧａＮ基板を使用しているため、裏面にｎ電極を形成でき、従来よりチップ面積を小さくすることが可能となり、コストの低減を実現可能となる。
【００４７】
以上の製造方法により、従来の製造方法と比較して、本実施例の製造方法は全体の工程が簡素化されており、安定した高出力特性を持った、生産性の良いＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子を歩留まり良く作製することが可能となる。
【００４８】
なお、上記実施例においては、ＧａＮ基板１の例を示したが、ほかの材料系、例えば、レーザリフトオフによりサファイアを除去したＧａＮテンプレート基板、ＳｉＣ基板といった材料などを用いても同様の効果を得ることができる。また、ＧａＡｓやＮＧＯ（ＮｄＧａＯ３）、ＬＧＯ（ＬｉＧａＯ３）、Ｓｉなどの基板でも良い。
【００４９】
また、上記実施例においては、Ｔａ２Ｏ５膜の例を示したが、高屈折率の材料系、例えば、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｈｆ２Ｏ５、ＡｌＮ、ＳｉＯ２といった材料やそれらの化合物（例えば、ＳｉＯＮやＡｌＯＮなど）などを用いても同様の効果を得ることができる。
【００５０】
特に、ＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子においては、屈折率１．８、望ましくは２．１を超えるＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５等がキンクレベル向上のために有効である。
【００５１】
また、上記実施例においては、塩酸系エッチャントを使用して、Ｐ側電極中のアルミニウムをエッチングし、リフトオフを行うことを示したが、（塩酸系、アルミニウム）といった組み合わせを（フッ酸系、チタン）、及び（硝酸系、ニッケル）といったエッチャント、金属の材料の組み合わせを用いても同様の効果を得ることができる。
【００５２】
本実施例では初期に堆積したＰ側電極の一部をエッチャントにより除去したが、Ｐ側電極全体をリフトオフにより除去してもかまわない。この場合、新たにＰ電極を形成する必要がある。
【００５３】
本発明では、ＧａＮ系半導体レーザ素子を例にとって説明したが、他の材料系、例えばＡｌＧａＩｎＰ系や、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系のレーザにも適用可能である。また、半導体レーザのみでなく、発光ダイオードや、電子デバイス等の製造方法にも適用することが可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、リッジ状にドライエッチングする場合に、金属膜、及び誘電体マスクを使用することによりドライエッチング時の選択比が高く、レジストマスクを使用する場合と比較してストライプ幅の制御性が向上し、高出力特性を実現できる。
【００５５】
また、アルミニウムの塩酸に対するエッチングレートの違いを利用したリフトオフ工程を採用することにより、リフトオフ前後で色の変化によるリフトオフの確認を容易にすることが可能となり、工程の簡素化による生産性の向上、及び歩留まりの向上を実現できる。
【００５６】
また、電流を狭窄するため、絶縁膜として高屈折率材料を使用しており、キンクレベルの向上、すなわち高出力特性を実現することができる。
【００５７】
以上の製造方法により、従来の製造方法と比較して、本発明の製造方法は全体の工程が簡素化されており、安定した高出力特性を持った、生産性の良いＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子を歩留まり良く作製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における、窒化物半導体レーザ素子の断面図
【図２】従来の窒化物半導体レーザ素子の断面図
【図３】本発明の第１の実施例における、窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す図
【図４】本発明の第１の実施例における、窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す図
【図５】リッジ幅とキンクレベルの相関図
【図６】絶縁膜の屈折率とキンクレベルの相関図
【図７】本発明の第２の実施例における、窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す図
【図８】本発明の第２の実施例における、窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す図
【図９】ＥＣＲスパッタを使用した場合のリッジ形状図
【図１０】ＥＣＲスパッタを使用した場合のリッジ形状図
【図１１】例えば、プラズマＣＶＤをしようした場合のリッジ形状図
【符号の説明】
１ ＧａＮ基板
２ バッファ層
３ ｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層
４ ｎ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層
５ ｎ−ＧａＮ光ガイド層
６ 多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層
７ ｐ−ＧａＮ光ガイド層
８ ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層
９ ｐ−ＧａＮコンタクト層
１０ Ｐ側電極
１１ Ｎｂ２Ｏ５膜（絶縁膜）
１２ 配線電極
１３ ｎ側電極
１４ Ｔａ２Ｏ５膜
１０１ サファイア基板
１０２ ＧａＮバッファ層
１０３ ｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層
１０４ ｎ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層
１０５ ｎ−ＧａＮ光ガイド層
１０６ 多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層
１０７ ｐ−ＧａＮ光ガイド層
１０８ ｐ−Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層
１０９ ｐ−ＧａＮコンタクト層
２０１ 反転ストライプパターン
３０１ ＳｉＯ２膜
４０１ Ｓｉ３Ｎ４膜
５０１ ｐ側電極
６０１ ｎ側電極
Claims (16)
- 基板上に半導体膜を形成する工程と、該半導体膜上に金属膜からなるパターンを形成する工程と、絶縁膜を堆積する工程と、リフトオフによって該金属膜、及び該金属膜上の該絶縁膜を除去する工程を有していることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
- 絶縁膜の堆積方法が電子サイクロトロン共鳴スパッタであることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記半導体膜の構成材料がＡｌＧａＩｎＮ系であることを特徴とする請求項１記載の
半導体発光素子の製造方法。 - 前記半導体膜の構成材料がＡｌＧａＩｎＰ系、またはＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記絶縁膜の構成材料がＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｈｆ２Ｏ５、ＡｌＮ、または、それらの化合物を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記絶縁膜の膜厚が２０ｎｍ〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記金属膜が少なくともニッケル、アルミニウムを含有している請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記金属膜に含有する材料、及び前記リフトオフに用いる溶液の組み合わせが、アルミニウム、塩酸系であること、またはチタン、フッ酸系であること、またはニッケル、硝酸系であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
- 基板上に半導体膜を形成する工程と、該半導体膜上に金属膜及び、該金属膜上の等一の第一の絶縁膜からなるパターンを形成する工程と、第二の絶縁膜を堆積する工程と、リフトオフによって該金属膜、及び該金属膜上の該第一の絶縁膜、及び該第一の絶縁膜上の該第二の絶縁膜を除去する工程を有していることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
- 前記第二の絶縁膜の堆積方法が電子サイクロトロン共鳴スパッタであることを特徴とする請求項９記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記半導体膜の構成材料がＡｌＧａＩｎＮ系であることを特徴とする請求項９記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記半導体膜の構成材料がＡｌＧａＩｎＰ系、またはＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系であることを特徴とする請求項９記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記第二の絶縁膜の構成材料がＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｈｆ２Ｏ５、ＡｌＮ、または、それらの化合物を含むことを特徴とする請求項９記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記絶縁膜の膜厚が２０ｎｍ〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項９記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記金属膜が少なくともニッケル、アルミニウムを含有している請求項９記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記金属膜に含有する材料、及び前記リフトオフに用いる溶液の組み合わせが、アルミニウム、塩酸系であること、またはチタン、フッ酸系であること、またはニッケル、硝酸系であることを特徴とする請求項９記載の半導体発光素子の製造方法。
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