JP2005038873A - 窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法および窒化物系化合物半導体デバイス - Google Patents
窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法および窒化物系化合物半導体デバイス Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005038873A JP2005038873A JP2003196940A JP2003196940A JP2005038873A JP 2005038873 A JP2005038873 A JP 2005038873A JP 2003196940 A JP2003196940 A JP 2003196940A JP 2003196940 A JP2003196940 A JP 2003196940A JP 2005038873 A JP2005038873 A JP 2005038873A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- etching
- compound semiconductor
- etching stop
- nitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
【課題】ウエットエッチングが可能な層をエッチングストップ層として用いることにより、結晶成長段階における構造を高精度に制御することができる窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】基板１０の上にｎ型コンタクト層１１、ｎ型クラッド層１２、活性層１３およびｐ型第１クラッド層１４Ａを形成したのち、このｐ型第１クラッド層１４Ａ上にエッチングストップ層１９を形成する。エッチングストップ層１９は、強酸や、強アルカリなどでウエットエッチングが可能な層である。エッチングストップ層１９より上層（ｐ型第１クラッド層１４Ｂおよびｐ型コンタクト層１５）をドライエッチングし、その後エッチングストップ層１９をウエットエッチングにより加工してリッジ部１６を形成する。ｐ型第１クラッド層１４Ａがドライエッチングによる影響を受けることなく、その層厚が均一になる。
【選択図】 図１
【解決手段】基板１０の上にｎ型コンタクト層１１、ｎ型クラッド層１２、活性層１３およびｐ型第１クラッド層１４Ａを形成したのち、このｐ型第１クラッド層１４Ａ上にエッチングストップ層１９を形成する。エッチングストップ層１９は、強酸や、強アルカリなどでウエットエッチングが可能な層である。エッチングストップ層１９より上層（ｐ型第１クラッド層１４Ｂおよびｐ型コンタクト層１５）をドライエッチングし、その後エッチングストップ層１９をウエットエッチングにより加工してリッジ部１６を形成する。ｐ型第１クラッド層１４Ａがドライエッチングによる影響を受けることなく、その層厚が均一になる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザなどの窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法に係り、特に電流狭窄用のリッジ部などのメサ構造を備えた窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法、およびその方法により得られる窒化物系化合物半導体デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ，ＡｌＧａＮ混晶あるいはＧａＩｎＮ混晶に代表される窒化物系化合物半導体材料は、紫外から全可視領域に渡る広波長範囲の発光素子や、高電界・高温における高周波トランジスタ用材料などとして、多種用途があり、例えば既に半導体レーザ（ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ ；ＬＤ）やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は実用化されている。
【０００３】
Ｖ族材料に、窒素を用いた化合物半導体、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）およびこれらのＩＩＩ族混晶は、一般に、化学的に安定な材料である。そのため、ウエットエッチングによる加工が他の半導体材料に比較して困難な場合が多い。他のウエットエッチングが容易な半導体材料とは、例えばＳｉ（シリコン）、Ｇｅ（ゲルマニウム）など元素半導体、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）など砒素系化合物、ＩｎＰ（インジウム燐）などの燐系化合物、ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛），ＺｎＳ（硫黄化亜鉛 ）などのセレン・硫黄系化合物半導体などがあげられる。これらのウエットエッチングには、例えば、ＧａＡｓにはＨ２ ＳＯ４ （硫酸）系、ＩｎＰにはＨＣｌ（塩酸）系など、室温付近で適度なエッチングレートや、均一性・選択比などを得ることができる酸・アルカリが存在するので、パターニングは一般に容易である。
【０００４】
一方、ＧａＮ等の窒化物系化合物半導体をウエットエッチングしようとしても、室温付近においては適当な酸・アルカリは無い。但し、Ｈ３ ＰＯ４ （燐酸）やこのＨ３ ＰＯ４ を脱水したＰ２ Ｏ５などやＨＣｌを、例えば４００℃程度の溶融液や、７００℃程度の気相の状態においては、ウエットエッチングが可能である。しかし、これらの場合は、レート、均一性や再現性などのエッチング性の制御が困難である、高温であるためその目的に装置が必要、エッチングマスク材料が得にくい（マスクとの選択比が得られない）、ＩＩＩ族材料によるエッチングレートの選択比がとれない、などの理由で、ウエハプロセスによるパターン形成には不向きで、もっぱら、基板（バルクまたは薄膜）成長時の、全面エッチング加工や、結晶品質評価においてのエッチピット形成などに用いるにとどまる。
【０００５】
これらの酸以外に、ＫＯＨ（水酸化カリウム）等の強アルカリも高温化ではウエットエッチングが可能な条件もあるが、パターン形成は困難であることは前述の酸と同様である。また、室温付近でも、ＫＯＨ等のアルカリで最表面の原子層オーダーのエッチングは可能な条件があるが、この条件は電極コンタクト面への表面処理に用いられることはあっても、段差構造を形成するパターニング方法としては用いることはできない。
【０００６】
このような事情から、窒化物系化合物半導体のパターニングプロセスには、例えば、Ｃｌ２ （塩素）やＢＣｌ３ （三塩化ボロン）など塩素系ガスなどを用いた、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ） 等のドライエッチングにより加工する場合が多い。ドライエッチングのエッチングマスクとしては、ＳｉＯ２ （酸化珪素）やＳｉＮ（窒化珪素）等の無機絶縁材料や、フォトレジスト等の有機材料が用いられる。また、ＲＩＥ以外にも、エッチング面のダメージなどに問題が無いような構造であれば、その目的によっては、Ａｒ（アルゴン）などのイオンミリングによる物理エッチングも可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、塩素系ガスは、窒化物系化合物半導体へのエッチング性を有するが、ＩＩＩ族材料によらず、無選択エッチングであるので、パターニングには時間制御の方法が用いられる。そのため、エッチング量あるいは位置の精度がデバイス特性の制御性に関係する場合、例えばリッジ型半導体レーザではリッジ部の高さは、光や電流の閉じ込めに関する設計に直接関係するが、リッジ部を加工する際、エッチング量の均一性・再現性などの制御性はドライエッチング装置の性能に依存してしまう。そのため、従来、以下のような問題を生じていた。
【０００８】
第７図は、従来の方法による半導体レーザの模式図である。この半導体レーザでは、基板１０の上にＧａＮからなるｎ型コンタクト層１１、ｎ型クラッド層１２を介してＡｌＧａＩｎＮからなる活性層１３が形成され、この活性層１３上にＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１４およびＧａＮからなるｐ型コンタクト層１５からなるストライプ状のリッジ部１６が形成されている。ｐ型コンタクト層１５の上にはｐ側電極１７、ｎ型コンタクト層１１の上にはｎ側電極１８がそれぞれ形成されている。リッジ部１６が電流注入領域、リッジ部１６の側面に埋め込まれるｎ型電流阻止層（図示せず）が電流非注入領域を構成する。
【０００９】
この半導体レーザにおいてリッジ部１６を形成するには、図８（Ａ）に示したように、ｐ型コンタクト層１５まで積層したのち、図８（Ｂ）に示したようにこのｐ型コンタクト層１５からｐ型クラッド層１４の途中までドライエッチングの時間制御で加工する。
【００１０】
しかしながら、上述のようにドライエッチングの精度は装置の性能に依存するため、結晶成長段階ではデバイス構造を設計できず、エッチングのばらつきや面内分布などによって、素子性能のばらつきを生じるという問題があった。
【００１１】
なお、従来、特許文献１においても、窒化物半導体のエッチングとして、ドライエッチングを用いた場合には、素子特性のばらつきを根本的に解決できない一方、窒化物半導体を有効に制御できるウエットエッチング液は開発されていない旨が記載されている。この特許文献１では、そのためＡｌ混晶比の大きな窒化物半導体層を電流狭窄，エッチングストッパとして機能させるようにしている。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−９３９８号公報
【００１３】
しかしながら、この特許文献１の手法では、材料がＡｌＧａＮであるので、ＧａＮなどとエッチング性が近い場合が多い、すなわち大きなエッチング選択比を得にくいという問題があった。
【００１４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ウエットエッチングが可能な層をエッチングストップ層として用い、結晶成長段階における構造を高精度に制御することができる窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法および窒化物系化合物半導体デバイスを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明による窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法は、特定の窒化物系化合物半導体層を形成したのち、特定の窒化物系化合物半導体層の上に窒化物系化合物半導体層からなるウエットエッチング可能なエッチングストップ層を形成する工程と、エッチングストップ層の上に、ウエットエッチングにより加工が困難な１または複数の窒化物系化合物半導体層からなる被エッチング層を形成する工程と、被エッチング層をドライエッチングにより加工すると共に、ドライエッチングをエッチングストップ層が露出した時点で停止する工程と、エッチングストップ層をウエットエッチングにより加工する工程とを含むものである。
【００１６】
なお、本明細書において、エッチングストップ層として用いる「窒化物系化合物半導体層」とは、燐酸・塩酸・硫酸などの強酸や、強アルカリなどで、ウエットエッチングが可能な層であり、Ｖ族元素（Ａｓ（砒素），Ｎ（窒素），Ｐ（燐），Ｓｂ（アンチモン），Ｂｉ（ビスマス））のうちの少なくともＮ（窒素）を含む混晶層である。Ｎ（窒素）は１００％ではなく、Ｎと共に、Ａｓ（砒素），Ｐ（燐），Ｓｂ（アンチモン），Ｂｉ（ビスマス）のうちの少なくとも１種を含むものであり、具体的には、ＡｌＧａＩｎＮＡｓなど、（ＡｌＧａＩｎ）ＮＸ（ＸはＡｓ，Ｐ，Ｓｂ，Ｂｉのうちの少なくとも１種）が挙げられる。このエッチングストップ層のエッチング（ウエットエッチング）には、ＨＣｌ（塩酸），Ｈ２ ＰＯ４ （燐酸）などの酸、ＫＯＨ（水酸化カリウム），ＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）などからなるアルカリが用いられる。
【００１７】
また、エッチングストップ層以外のその他の層（被エッチング層）を構成する「窒化物系化合物半導体層」とは、Ｖ族元素のうちの少なくともＮ（窒素）を含む層であり、本発明では、少なくともエッチングストップ層の上に接した層は、ウエットエッチングが不可能若しくは困難な層であってドライエッチングが可能な層を対象とする。典型的には、ＩＩＩ族元素との混晶層が含まれ、具体的には、例えば、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＧａＩｎＮ，ＡｌＧａＩｎＮ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓのうちの１層若しくは複数層からなる。
【００１８】
本発明による窒化物系化合物半導体デバイスは、所定の厚さを有する特定の窒化物系化合物半導体層と、特定の窒化物系化合物半導体層の一部領域上に選択的に形成された窒化物系化合物半導体層からなるウエットエッチング可能なエッチングストップ層と、エッチングストップ層の上にドライエッチングによる加工により形成された１または複数の窒化物系化合物半導体層からなる被エッチング層と、被エッチング層の表面に接して形成された一方の電極と、特定の窒化物系化合物半導体層の表面に接して形成された他方の電極とを備えた構成を有している。
【００１９】
本発明による窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法では、エッチングストップ層の上層の被エッチング層はドライエッチングにより加工され、そのドライエッチングはエッチングストップ層が露出した時点で停止される。次いで、エッチングストップ層が、ウエットエッチングにより、制御性よく、すなわち下層の特定の窒化物系化合物半導体層の層厚等に影響を与えることなく加工される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
〔第１の実施の形態〕
図１（Ａ），（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造工程の要部を表すものである。ここでは、一例として、図２に示したような窒化物系化合物半導体材料を用いたリッジ導波型半導体レーザ素子の製造方法について説明する。なお、従来構造（図９および図１０）と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００２２】
なお、以下の説明において、窒化物系化合物半導体材料は、エッチングストップ層１９を除いて、ウエットエッチング性が無い、つまり前述のようにウエットエッチングが困難であり、ドライエッチングにより容易に加工できるものを用いた設計とするものである。図１（Ａ）は結晶の層構造、同図（Ｂ）はこの層構造をエッチングストップ層１９の位置までエッチングした状態を表したものである。
【００２３】
本実施の形態では、まず、図１（Ａ）に示したように、例えばＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ：有機金属化学的気相成長）により、サファイア，ＧａＮ，ＳｉＣなどからなる基板１０の上にＧａＮからなるｎ型コンタクト層１１、Ａ１ＧａＮからなるｎ型クラッド層１２、Ａ１ＧａＩｎＮからなる活性層１３、Ａ１ＧａＮからなるｐ型第１クラッド層１４Ａを形成したのち、このｐ型第１クラッド層１４Ａ上にエッチングストップ層１９を形成する。
【００２４】
エッチングストップ層１９は、燐酸・塩酸・硫酸などの強酸や、強アルカリなどで、ウエットエッチングが可能な層であり、Ｖ族元素（Ａｓ（砒素），Ｐ（燐），Ｓｂ（アンチモン），Ｂｉ（ビスマス））のうちの少なくともＮ（窒素）を含む混晶層である。Ｎ（窒素）は１００％ではなく、Ｎと共に、Ａｓ（砒素），Ｐ（燐），Ｓｂ（アンチモン），Ｂｉ（ビスマス）のうちの少なくとも１種を含むものであればよい。その層厚は、好ましくは、０．０１〜０．５μｍである。本実施の形態では、このエッチングストップ層１９は例えば層厚０．２μｍのＡ１ＧａＩｎＮＡｓ層により構成されている。
【００２５】
エッチングストップ層１９を形成したのち、このエッチングストップ層１９の上にＡ１ＧａＮからなるｐ型第２クラッド層１４Ｂを形成し、更にこのｐ型第２クラッド層１４Ｂの上にＧａＮからなるｐ型コンタクト層１５を形成する。このときのドーパントとしてはｎ側にはシリコン（Ｓｉ）やセレン（Ｓｅ）、ｐ側には亜鉛（Ｚｎ），マグネシウム（Ｍｇ），ベリリウム（Ｂｅ）等を用いる。
【００２６】
続いて、図１（Ｂ）に示したように、上述の積層構造の上面にストライプ状のレジストマスク２０を形成し、このレジストマスク２０を用いた時間制御のドライエッチングにより、ｐ型コンタクト層１５およびｐ型第２クラッド層１４Ｂを加工する。なお、マスクは、レジストの代わりにＳｉＯ２ などの絶縁膜により形成してもよい。エッチングガスは、例えばＣｌ２ ，ＢＣｌ３ ，ＳｉＣｌ４ などの塩素系ガス、ＣＦ４ ，ＳＦ６ などのフッ素系ガス、メタン（ＣＨ４ ）などが挙げられる。特に、窒化物半導体系材料の場合には塩素系ガスが用いられる。ドライエッチングは例えばＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ） により行う。
【００２７】
このようにドライエッチングの時間制御を行うことによって、エッチングストップ層１９の途中までエッチングし、最表面にエッチングストップ層１９を露出させる。
【００２８】
次いで、半導体層１４ｂ，１５をマスクとしたウエットエッチングを行い、破線で示したようにエッチングストップ層１９を加工する。このウエットエッチングは、エッチングストップ層１９とｐ型第１クラッド層１４Ａとの境界で停止する。エッチャントとしては、例えばエッチングストップ層１９のＡ１ＧａＩｎＮＡｓとｐ型第１クラッド層１４ＡのＡ１ＧａＮのＡ１組成の相違で選択性が取れる有機酸系エッチャント、例えばＨＣｌ，Ｈ３ ＰＯ４ などの酸、ＫＯＨ，ＮａＯＨなどのアルカリを用いる。
【００２９】
以上の工程により、図２に示したようなリッジ部１６が作製される。なお、このリッジ構造のままでレーザとしてもよいが、以下のようにしてもよい。すなわち、続いて、図示しないが、エピタキシャル成長により、例えばＡ１ＧａＮからなるｎ型電流阻止層（図示せず）を形成する。その後、リッジ部１６の上にｐ側電極１７を形成すると共に、ｎ型コンタクト層１１上にｎ側電極１８を形成することにより、リッジ構造を有する半導体レーザを得ることができる。
【００３０】
このように、本実施の形態では、ｐ型第１クラッド層１４Ａの上にウエットエッチングが可能なエッチングストップ層１９を設け、このエッチングストップ層１９より上層をドライエッチングし、その後エッチングストップ層１９をウエットエッチングにより加工するようにしたので、制御性よくリッジ部１６を加工でき、その直下のｐ型第１クラッド層１４Ａにドライエッチングによるダメージを与えることがなくなる。したがって、ｐ型第１クラッド層１４Ａの層厚を安定して確保でき、リッジ構造を用いたレーザ素子において、結晶成長段階でも光学的設計（光閉じ込め）や電気的設計（電流閉じ込め）を可能になる。
【００３１】
（変形例）
上記実施の形態では、ドライエッチングをエッチングストップ層１９に到達するまで行うようにしたが、図３に一点鎖線で示したように、ｐ型第２クラッド層１４Ｂの途中段階で停止し、ｐ型第２クラッド層１４Ｂにダメージ層２１を形成するようにしてもよい。これはドライエッチングにより生じたダメージ層２１は、結晶欠陥が導入された層であり、ドライエッチング表面から例えば０．１ μｍ程度の深さまで形成され、後述の第２の実施の形態においても説明するようにウエットエッチングが可能になり、このダメージ層２１を利用して、エッチングストップ層１９と共にウエットエッチングを行うものである。設計上は、本来、ｐ型第２クラッド層１４Ｂはウエットエッチングができないことを前提としているが、このドライエッチングによるダメージ層２１を利用することにより、上記実施の形態と同様にエッチングストップ層１９とｐ型第２クラッド層１４Ｂとの境界でエッチングが停止され、所望のリッジ構造を得ることができる。
【００３２】
〔第２の実施の形態〕
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの製造工程の要部を表すものである。本実施の形態では、第１の実施の形態のエッチングストップ層１９の代わりにエッチングストップ層１９Ａを形成するものである。先のエッチングストップ層１９ではその形成材料をＶ族の混晶層とし、これによりウエットエッチング可能な層としたが、本実施の形態においては、エッチングストップ層１９Ａの構成元素は他の層（例えば、ｐ型第２クラッド層１４Ｂ）と同じであるが、その結晶欠陥密度を大きくし、その欠陥を利用しウエットエッチングが可能な層としたものである。この場合の結晶欠陥密度は、その他の層が１０９ ｃｍ−２以下であるのに対し、例えば１０１０ｃｍ−２以上であり、この結晶欠陥密度の高い層を形成するためには、結晶成長条件（温度・原料供給条件など）や、混晶比などを変更すればよい。
【００３３】
結晶品質が悪く、欠陥密度が高いものは容易に得られる。このときの成長条件の例としては、成長温度の低いもの（例えば７００℃以下で成長したＡｌＧａＮや６００℃以下で成長したＧａＮ）や、他の成長条件（Ｖ／ＩＩＩ比，流速，原料供給量，成長速度）などが適性でない場合が挙げられる。
【００３４】
また、ＩＩＩ族Ｖ族以外の不純物の添加量を多くすることによっても、同様に結晶欠陥密度を高くし、ウエットエッチングが可能になる。
【００３５】
なお、エッチングストップ層１９Ａの結晶欠陥密度が高いと、それを引き継いでエピタキシャル成長を行う場合、エッチングストップ層１９Ａの上部の層、すなわち、ｐ型第２クラッド層１４Ｂやｐ型コンタクト層１５も結晶欠陥密度が高くなるが、レーザの信頼性を実質的に支配する活性層１３は既に成長しているため、エッチングストップ層１９Ａの欠陥が活性層１３に波及しない条件で成長させれば、屈折率などの光学的特性や伝導性などの電気的特性の設計を損なわず、デバイスの信頼性を損なう虞はない。
【００３６】
〔第３の実施の形態〕
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザの製造工程の要部を表すものである。上記第１および第２の実施の形態では、エッチングストップ層をリッジ構造の形成に利用したが、本実施の形態では、ｎ側電極１８（図６）のための段差構造の形成に利用したものである。
【００３７】
すなわち、基板１０の上にＧａＮからなるｎ型第１コンタクト層１１Ａを形成したのち、例えば、第１の実施の形態と同様にＡ１ＧａＩｎＮＡｓからなるエッチングストップ層１９Ｂを形成する。次いで、このエッチングストップ層１９Ｂの上に、ＧａＮからなるｎ型第２コンタクト層１１Ｂを形成したのち、このｎ型第２コンタクト層１１Ｂ上に、第１の実施の形態と同様にＡ１ＧａＮからなるｎ型クラッド層１２、Ａ１ＧａＩｎＮからなる活性層１３、Ａ１ＧａＮからなるｐ型クラッド層１４、ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１５を順次形成する。
【００３８】
このように本実施の形態では、ｎ型第１コンタクト層１１Ａとｎ型第２コンタクト層１１Ｂとの間にエッチングストップ層１９Ｂを形成したものであり、このエッチングストップ層１９Ｂの上層（ｎ型第２コンタクト層１１Ｂ）までをドライエッチング、そののちエッチングストップ層１９Ｂをウエットエッチングにより選択的に加工することにより、ｎ型第１コンタクト層１１Ａのｎ側電極形成領域における表面を制御性よく規定することができ、図６に示した段差構造を有するレーザ素子を製造することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態においても、ドライエッチングをエッチングストップ層１９Ｂの上層（ｎ型第２コンタクト層１１Ｂ）の途中で停止することにより生じた結晶欠陥層（ダメージ層）を利用し、エッチングストップ層１９Ｂと共にｎ型第２コンタクト層１１Ｂの一部をウエットエッチングを行う手法や、エッチングストップ層１９Ｂの結晶欠陥密度を高めてウエットエッチングを可能とする手法を適用できることは勿論である。
【００４０】
〔第４の実施の形態〕
図７（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造工程の要部を表すものであり、ここではＡｌ組成の高いＡｌＧａＮ層をエッチングストップ層兼電流狭窄層に適用したものである。
【００４１】
本実施の形態では、まず、図７（Ａ）に示したように、第１の実施の形態と同様に、第１のエピタキシャル成長によりｐ型第１クラッド層１４Ａを形成したのち、このｐ型第１クラッド層１４Ａの上にエッチングストップ層１９Ｃを形成すると共に、エッチングストップ層１９Ｃをパターニングして活性層１３の発光部に対向する位置に電流注入用の開口部２２を形成するものである。エッチングストップ層１９Ｃとしては、前述のＶ族混晶層（第１の実施の形態）あるいは結晶欠陥密度の高い層（第２の実施の形態）を用いることができる。開口部２２を形成した後、第２のエピタキシャル成長を行い、ｐ型第２クラッド層１４Ｂおよびｐ型コンタクト層１５をこの順で形成する。次いで、第１の実施の形態と同様の、レジストマスク２０を用いた時間制御のドライエッチングにより、ｐ型コンタクト層１５およびｐ型第２クラッド層１４Ｂを加工して図７（Ｂ）に示したようなストライプ状のリッジ部１６を形成する。
【００４２】
このリッジ構造のままでもレーザ構造となるが、そののち、リッジ部１６の側面に、例えばＳｉＯ２ などの絶縁層やＡｌＧａＮなどからなるｎ型電流阻止層２３を形成することにより、電流狭窄構造を作製してもよい。
【００４３】
このようにして形成された半導体レーザ素子では、エッチングストップ層１９Ｃが電流阻止層２３と共に電流狭窄層としての機能を果たすため、活性層１３に対する電流注入効率が向上する。その他の作用効果は第１の実施の形態と同様である。
【００４４】
以上、本発明を半導体レーザ素子の製造工程に適用した例について説明したが、本発明は特定の層の表面でドライエッチングを停止させてメサ構造を形成する必要のあるデバイスであれば、その他の種類の電子デバイスでも適用可能である。以下、その例について説明する。
【００４５】
〔第５の実施の形態〕
図８（Ａ），（Ｂ）は、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造のトランジスタの製造工程に本発明を適用した例を表すものである。本実施の形態では、まず、図８（Ａ）に示したように、例えばサファイア，ＧａＮ，ＳｉＣなどからなる基板（図示せず）上にｎ−ＧａＮからなる電子伝導層３０を形成したのち、この電子伝導層３０上に例えばｕｎｄｏｐｅｄ−ＧａＮからなる絶縁層３１を形成し、この絶縁層３１上にエッチングストップ層３２を形成する。このエッチングストップ層３２は、前述と同様に、例えばＡｌＧａＩｎＮＡｓなど、（ＡｌＧａＩｎ）ＮＸ（ＸはＡｓ，Ｐ，Ｓｂ，Ｂｉのうちの少なくとも１種）で表される組成を有するものとする。次に、このエッチングストップ層３２上に例えばｎ−ＧａＮからなる電子供給層３３を形成する。続いて、リセスエッチング用のレジストマスク３４を用いて電子供給層３３を破線で示したようにドライエッチングし、エッチングストップ層３２に到達した時点で停止する。次に、レジストマスク３４を用いてエッチングストップ層３２をウエットエッチングにより図８（Ｂ）に示したように加工する。その後は、絶縁層３１上に例えばＰｔ（白金）からなるゲート３５、電子供給層３３上にＴｉ（チタン）からなるソース３６およびドレイン３７を形成する。
なお、上記構造において、絶縁層３１をｎ−ＡｌＧａＮからなるＨＥＭＴ構造の電子供給層３１とし、電子供給層３３をｕｎｄｏｐｅｄ ｎ−ＧａＮからなる絶縁層３３としてもよい。
【００４６】
このように本実施の形態においても、ウエットエッチング可能なエッチングストップ層３２を第１の絶縁層３１上に設けるようにしたので、トランジスタの利得設計に直接関係する、ゲート３５の直下の第１の絶縁層３１の厚さを所望の値に保持することができ、安定した利得特性を得ることができる。
【００４７】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、ＭＩＳＦＥＴ，ＨＥＭＴについて説明したが、ＭＥＳＦＥＴなどのＦＥＴに適用することも可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法によれば、所望の厚さを要する特定の窒化物系化合物半導体層の上に窒化物系化合物半導体層からなるウエットエッチング可能なエッチングストップ層を形成し、その上に被エッチング層を形成したのち、被エッチング層をドライエッチングにより加工すると共に、そのドライエッチングをエッチングストップ層が露出した時点で停止し、その後、エッチングストップ層をウエットエッチングにより加工するようにしたので、結晶成長段階で、デバイスのメサ構造を設計することが可能になり、ウエハプロセスのエッチングばらつきの影響を受けず、高い寸法精度をもって本発明の窒化物系半導体デバイスを作製することができる。従って、例えば半導体レーザにおいては、光学的・電気的に高い精度の設計が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの製造工程の要部を表す断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る半導体レーザ全体の模式図である。
【図３】第１の実施の形態の変形例を説明するための断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る半導体レーザの製造工程の要部を表す断面図である。
【図５】第３の実施の形態に係る半導体レーザの製造工程の要部を表す断面図である。
【図６】第３の実施の形態に係る半導体レーザ全体の模式図である。
【図７】第４の実施の形態に係る半導体レーザの製造工程の要部を表す断面図である。
【図８】第５の実施の形態に係るＭＩＳトランジスタの製造工程を説明するための断面図である。
【図９】従来の半導体レーザの構成を表す模式図である。
【図１０】従来の半導体レーザ素子の要部の製造工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０…基板、１１…ｎ型コンタクト層、１２…ｎ型クラッド層、１３…活性層、１４Ａ…ｐ型第１クラッド層、１４Ｂ…ｐ型第２クラッド層、１５…ｐ型コンタクト層（ＧａＡｓ）、１６…リッジ部、１７…ｐ側電極、１８…ｎ側電極、１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ…エッチングストップ層、２０…レジストマスク
２１…ダメージ層、２２…開口部、２３…ｎ型電流阻止層
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザなどの窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法に係り、特に電流狭窄用のリッジ部などのメサ構造を備えた窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法、およびその方法により得られる窒化物系化合物半導体デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ，ＡｌＧａＮ混晶あるいはＧａＩｎＮ混晶に代表される窒化物系化合物半導体材料は、紫外から全可視領域に渡る広波長範囲の発光素子や、高電界・高温における高周波トランジスタ用材料などとして、多種用途があり、例えば既に半導体レーザ（ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ ；ＬＤ）やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は実用化されている。
【０００３】
Ｖ族材料に、窒素を用いた化合物半導体、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）およびこれらのＩＩＩ族混晶は、一般に、化学的に安定な材料である。そのため、ウエットエッチングによる加工が他の半導体材料に比較して困難な場合が多い。他のウエットエッチングが容易な半導体材料とは、例えばＳｉ（シリコン）、Ｇｅ（ゲルマニウム）など元素半導体、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）など砒素系化合物、ＩｎＰ（インジウム燐）などの燐系化合物、ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛），ＺｎＳ（硫黄化亜鉛 ）などのセレン・硫黄系化合物半導体などがあげられる。これらのウエットエッチングには、例えば、ＧａＡｓにはＨ２ ＳＯ４ （硫酸）系、ＩｎＰにはＨＣｌ（塩酸）系など、室温付近で適度なエッチングレートや、均一性・選択比などを得ることができる酸・アルカリが存在するので、パターニングは一般に容易である。
【０００４】
一方、ＧａＮ等の窒化物系化合物半導体をウエットエッチングしようとしても、室温付近においては適当な酸・アルカリは無い。但し、Ｈ３ ＰＯ４ （燐酸）やこのＨ３ ＰＯ４ を脱水したＰ２ Ｏ５などやＨＣｌを、例えば４００℃程度の溶融液や、７００℃程度の気相の状態においては、ウエットエッチングが可能である。しかし、これらの場合は、レート、均一性や再現性などのエッチング性の制御が困難である、高温であるためその目的に装置が必要、エッチングマスク材料が得にくい（マスクとの選択比が得られない）、ＩＩＩ族材料によるエッチングレートの選択比がとれない、などの理由で、ウエハプロセスによるパターン形成には不向きで、もっぱら、基板（バルクまたは薄膜）成長時の、全面エッチング加工や、結晶品質評価においてのエッチピット形成などに用いるにとどまる。
【０００５】
これらの酸以外に、ＫＯＨ（水酸化カリウム）等の強アルカリも高温化ではウエットエッチングが可能な条件もあるが、パターン形成は困難であることは前述の酸と同様である。また、室温付近でも、ＫＯＨ等のアルカリで最表面の原子層オーダーのエッチングは可能な条件があるが、この条件は電極コンタクト面への表面処理に用いられることはあっても、段差構造を形成するパターニング方法としては用いることはできない。
【０００６】
このような事情から、窒化物系化合物半導体のパターニングプロセスには、例えば、Ｃｌ２ （塩素）やＢＣｌ３ （三塩化ボロン）など塩素系ガスなどを用いた、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ） 等のドライエッチングにより加工する場合が多い。ドライエッチングのエッチングマスクとしては、ＳｉＯ２ （酸化珪素）やＳｉＮ（窒化珪素）等の無機絶縁材料や、フォトレジスト等の有機材料が用いられる。また、ＲＩＥ以外にも、エッチング面のダメージなどに問題が無いような構造であれば、その目的によっては、Ａｒ（アルゴン）などのイオンミリングによる物理エッチングも可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、塩素系ガスは、窒化物系化合物半導体へのエッチング性を有するが、ＩＩＩ族材料によらず、無選択エッチングであるので、パターニングには時間制御の方法が用いられる。そのため、エッチング量あるいは位置の精度がデバイス特性の制御性に関係する場合、例えばリッジ型半導体レーザではリッジ部の高さは、光や電流の閉じ込めに関する設計に直接関係するが、リッジ部を加工する際、エッチング量の均一性・再現性などの制御性はドライエッチング装置の性能に依存してしまう。そのため、従来、以下のような問題を生じていた。
【０００８】
第７図は、従来の方法による半導体レーザの模式図である。この半導体レーザでは、基板１０の上にＧａＮからなるｎ型コンタクト層１１、ｎ型クラッド層１２を介してＡｌＧａＩｎＮからなる活性層１３が形成され、この活性層１３上にＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１４およびＧａＮからなるｐ型コンタクト層１５からなるストライプ状のリッジ部１６が形成されている。ｐ型コンタクト層１５の上にはｐ側電極１７、ｎ型コンタクト層１１の上にはｎ側電極１８がそれぞれ形成されている。リッジ部１６が電流注入領域、リッジ部１６の側面に埋め込まれるｎ型電流阻止層（図示せず）が電流非注入領域を構成する。
【０００９】
この半導体レーザにおいてリッジ部１６を形成するには、図８（Ａ）に示したように、ｐ型コンタクト層１５まで積層したのち、図８（Ｂ）に示したようにこのｐ型コンタクト層１５からｐ型クラッド層１４の途中までドライエッチングの時間制御で加工する。
【００１０】
しかしながら、上述のようにドライエッチングの精度は装置の性能に依存するため、結晶成長段階ではデバイス構造を設計できず、エッチングのばらつきや面内分布などによって、素子性能のばらつきを生じるという問題があった。
【００１１】
なお、従来、特許文献１においても、窒化物半導体のエッチングとして、ドライエッチングを用いた場合には、素子特性のばらつきを根本的に解決できない一方、窒化物半導体を有効に制御できるウエットエッチング液は開発されていない旨が記載されている。この特許文献１では、そのためＡｌ混晶比の大きな窒化物半導体層を電流狭窄，エッチングストッパとして機能させるようにしている。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−９３９８号公報
【００１３】
しかしながら、この特許文献１の手法では、材料がＡｌＧａＮであるので、ＧａＮなどとエッチング性が近い場合が多い、すなわち大きなエッチング選択比を得にくいという問題があった。
【００１４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ウエットエッチングが可能な層をエッチングストップ層として用い、結晶成長段階における構造を高精度に制御することができる窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法および窒化物系化合物半導体デバイスを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明による窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法は、特定の窒化物系化合物半導体層を形成したのち、特定の窒化物系化合物半導体層の上に窒化物系化合物半導体層からなるウエットエッチング可能なエッチングストップ層を形成する工程と、エッチングストップ層の上に、ウエットエッチングにより加工が困難な１または複数の窒化物系化合物半導体層からなる被エッチング層を形成する工程と、被エッチング層をドライエッチングにより加工すると共に、ドライエッチングをエッチングストップ層が露出した時点で停止する工程と、エッチングストップ層をウエットエッチングにより加工する工程とを含むものである。
【００１６】
なお、本明細書において、エッチングストップ層として用いる「窒化物系化合物半導体層」とは、燐酸・塩酸・硫酸などの強酸や、強アルカリなどで、ウエットエッチングが可能な層であり、Ｖ族元素（Ａｓ（砒素），Ｎ（窒素），Ｐ（燐），Ｓｂ（アンチモン），Ｂｉ（ビスマス））のうちの少なくともＮ（窒素）を含む混晶層である。Ｎ（窒素）は１００％ではなく、Ｎと共に、Ａｓ（砒素），Ｐ（燐），Ｓｂ（アンチモン），Ｂｉ（ビスマス）のうちの少なくとも１種を含むものであり、具体的には、ＡｌＧａＩｎＮＡｓなど、（ＡｌＧａＩｎ）ＮＸ（ＸはＡｓ，Ｐ，Ｓｂ，Ｂｉのうちの少なくとも１種）が挙げられる。このエッチングストップ層のエッチング（ウエットエッチング）には、ＨＣｌ（塩酸），Ｈ２ ＰＯ４ （燐酸）などの酸、ＫＯＨ（水酸化カリウム），ＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）などからなるアルカリが用いられる。
【００１７】
また、エッチングストップ層以外のその他の層（被エッチング層）を構成する「窒化物系化合物半導体層」とは、Ｖ族元素のうちの少なくともＮ（窒素）を含む層であり、本発明では、少なくともエッチングストップ層の上に接した層は、ウエットエッチングが不可能若しくは困難な層であってドライエッチングが可能な層を対象とする。典型的には、ＩＩＩ族元素との混晶層が含まれ、具体的には、例えば、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＧａＩｎＮ，ＡｌＧａＩｎＮ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓのうちの１層若しくは複数層からなる。
【００１８】
本発明による窒化物系化合物半導体デバイスは、所定の厚さを有する特定の窒化物系化合物半導体層と、特定の窒化物系化合物半導体層の一部領域上に選択的に形成された窒化物系化合物半導体層からなるウエットエッチング可能なエッチングストップ層と、エッチングストップ層の上にドライエッチングによる加工により形成された１または複数の窒化物系化合物半導体層からなる被エッチング層と、被エッチング層の表面に接して形成された一方の電極と、特定の窒化物系化合物半導体層の表面に接して形成された他方の電極とを備えた構成を有している。
【００１９】
本発明による窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法では、エッチングストップ層の上層の被エッチング層はドライエッチングにより加工され、そのドライエッチングはエッチングストップ層が露出した時点で停止される。次いで、エッチングストップ層が、ウエットエッチングにより、制御性よく、すなわち下層の特定の窒化物系化合物半導体層の層厚等に影響を与えることなく加工される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
〔第１の実施の形態〕
図１（Ａ），（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造工程の要部を表すものである。ここでは、一例として、図２に示したような窒化物系化合物半導体材料を用いたリッジ導波型半導体レーザ素子の製造方法について説明する。なお、従来構造（図９および図１０）と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００２２】
なお、以下の説明において、窒化物系化合物半導体材料は、エッチングストップ層１９を除いて、ウエットエッチング性が無い、つまり前述のようにウエットエッチングが困難であり、ドライエッチングにより容易に加工できるものを用いた設計とするものである。図１（Ａ）は結晶の層構造、同図（Ｂ）はこの層構造をエッチングストップ層１９の位置までエッチングした状態を表したものである。
【００２３】
本実施の形態では、まず、図１（Ａ）に示したように、例えばＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ：有機金属化学的気相成長）により、サファイア，ＧａＮ，ＳｉＣなどからなる基板１０の上にＧａＮからなるｎ型コンタクト層１１、Ａ１ＧａＮからなるｎ型クラッド層１２、Ａ１ＧａＩｎＮからなる活性層１３、Ａ１ＧａＮからなるｐ型第１クラッド層１４Ａを形成したのち、このｐ型第１クラッド層１４Ａ上にエッチングストップ層１９を形成する。
【００２４】
エッチングストップ層１９は、燐酸・塩酸・硫酸などの強酸や、強アルカリなどで、ウエットエッチングが可能な層であり、Ｖ族元素（Ａｓ（砒素），Ｐ（燐），Ｓｂ（アンチモン），Ｂｉ（ビスマス））のうちの少なくともＮ（窒素）を含む混晶層である。Ｎ（窒素）は１００％ではなく、Ｎと共に、Ａｓ（砒素），Ｐ（燐），Ｓｂ（アンチモン），Ｂｉ（ビスマス）のうちの少なくとも１種を含むものであればよい。その層厚は、好ましくは、０．０１〜０．５μｍである。本実施の形態では、このエッチングストップ層１９は例えば層厚０．２μｍのＡ１ＧａＩｎＮＡｓ層により構成されている。
【００２５】
エッチングストップ層１９を形成したのち、このエッチングストップ層１９の上にＡ１ＧａＮからなるｐ型第２クラッド層１４Ｂを形成し、更にこのｐ型第２クラッド層１４Ｂの上にＧａＮからなるｐ型コンタクト層１５を形成する。このときのドーパントとしてはｎ側にはシリコン（Ｓｉ）やセレン（Ｓｅ）、ｐ側には亜鉛（Ｚｎ），マグネシウム（Ｍｇ），ベリリウム（Ｂｅ）等を用いる。
【００２６】
続いて、図１（Ｂ）に示したように、上述の積層構造の上面にストライプ状のレジストマスク２０を形成し、このレジストマスク２０を用いた時間制御のドライエッチングにより、ｐ型コンタクト層１５およびｐ型第２クラッド層１４Ｂを加工する。なお、マスクは、レジストの代わりにＳｉＯ２ などの絶縁膜により形成してもよい。エッチングガスは、例えばＣｌ２ ，ＢＣｌ３ ，ＳｉＣｌ４ などの塩素系ガス、ＣＦ４ ，ＳＦ６ などのフッ素系ガス、メタン（ＣＨ４ ）などが挙げられる。特に、窒化物半導体系材料の場合には塩素系ガスが用いられる。ドライエッチングは例えばＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ） により行う。
【００２７】
このようにドライエッチングの時間制御を行うことによって、エッチングストップ層１９の途中までエッチングし、最表面にエッチングストップ層１９を露出させる。
【００２８】
次いで、半導体層１４ｂ，１５をマスクとしたウエットエッチングを行い、破線で示したようにエッチングストップ層１９を加工する。このウエットエッチングは、エッチングストップ層１９とｐ型第１クラッド層１４Ａとの境界で停止する。エッチャントとしては、例えばエッチングストップ層１９のＡ１ＧａＩｎＮＡｓとｐ型第１クラッド層１４ＡのＡ１ＧａＮのＡ１組成の相違で選択性が取れる有機酸系エッチャント、例えばＨＣｌ，Ｈ３ ＰＯ４ などの酸、ＫＯＨ，ＮａＯＨなどのアルカリを用いる。
【００２９】
以上の工程により、図２に示したようなリッジ部１６が作製される。なお、このリッジ構造のままでレーザとしてもよいが、以下のようにしてもよい。すなわち、続いて、図示しないが、エピタキシャル成長により、例えばＡ１ＧａＮからなるｎ型電流阻止層（図示せず）を形成する。その後、リッジ部１６の上にｐ側電極１７を形成すると共に、ｎ型コンタクト層１１上にｎ側電極１８を形成することにより、リッジ構造を有する半導体レーザを得ることができる。
【００３０】
このように、本実施の形態では、ｐ型第１クラッド層１４Ａの上にウエットエッチングが可能なエッチングストップ層１９を設け、このエッチングストップ層１９より上層をドライエッチングし、その後エッチングストップ層１９をウエットエッチングにより加工するようにしたので、制御性よくリッジ部１６を加工でき、その直下のｐ型第１クラッド層１４Ａにドライエッチングによるダメージを与えることがなくなる。したがって、ｐ型第１クラッド層１４Ａの層厚を安定して確保でき、リッジ構造を用いたレーザ素子において、結晶成長段階でも光学的設計（光閉じ込め）や電気的設計（電流閉じ込め）を可能になる。
【００３１】
（変形例）
上記実施の形態では、ドライエッチングをエッチングストップ層１９に到達するまで行うようにしたが、図３に一点鎖線で示したように、ｐ型第２クラッド層１４Ｂの途中段階で停止し、ｐ型第２クラッド層１４Ｂにダメージ層２１を形成するようにしてもよい。これはドライエッチングにより生じたダメージ層２１は、結晶欠陥が導入された層であり、ドライエッチング表面から例えば０．１ μｍ程度の深さまで形成され、後述の第２の実施の形態においても説明するようにウエットエッチングが可能になり、このダメージ層２１を利用して、エッチングストップ層１９と共にウエットエッチングを行うものである。設計上は、本来、ｐ型第２クラッド層１４Ｂはウエットエッチングができないことを前提としているが、このドライエッチングによるダメージ層２１を利用することにより、上記実施の形態と同様にエッチングストップ層１９とｐ型第２クラッド層１４Ｂとの境界でエッチングが停止され、所望のリッジ構造を得ることができる。
【００３２】
〔第２の実施の形態〕
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの製造工程の要部を表すものである。本実施の形態では、第１の実施の形態のエッチングストップ層１９の代わりにエッチングストップ層１９Ａを形成するものである。先のエッチングストップ層１９ではその形成材料をＶ族の混晶層とし、これによりウエットエッチング可能な層としたが、本実施の形態においては、エッチングストップ層１９Ａの構成元素は他の層（例えば、ｐ型第２クラッド層１４Ｂ）と同じであるが、その結晶欠陥密度を大きくし、その欠陥を利用しウエットエッチングが可能な層としたものである。この場合の結晶欠陥密度は、その他の層が１０９ ｃｍ−２以下であるのに対し、例えば１０１０ｃｍ−２以上であり、この結晶欠陥密度の高い層を形成するためには、結晶成長条件（温度・原料供給条件など）や、混晶比などを変更すればよい。
【００３３】
結晶品質が悪く、欠陥密度が高いものは容易に得られる。このときの成長条件の例としては、成長温度の低いもの（例えば７００℃以下で成長したＡｌＧａＮや６００℃以下で成長したＧａＮ）や、他の成長条件（Ｖ／ＩＩＩ比，流速，原料供給量，成長速度）などが適性でない場合が挙げられる。
【００３４】
また、ＩＩＩ族Ｖ族以外の不純物の添加量を多くすることによっても、同様に結晶欠陥密度を高くし、ウエットエッチングが可能になる。
【００３５】
なお、エッチングストップ層１９Ａの結晶欠陥密度が高いと、それを引き継いでエピタキシャル成長を行う場合、エッチングストップ層１９Ａの上部の層、すなわち、ｐ型第２クラッド層１４Ｂやｐ型コンタクト層１５も結晶欠陥密度が高くなるが、レーザの信頼性を実質的に支配する活性層１３は既に成長しているため、エッチングストップ層１９Ａの欠陥が活性層１３に波及しない条件で成長させれば、屈折率などの光学的特性や伝導性などの電気的特性の設計を損なわず、デバイスの信頼性を損なう虞はない。
【００３６】
〔第３の実施の形態〕
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザの製造工程の要部を表すものである。上記第１および第２の実施の形態では、エッチングストップ層をリッジ構造の形成に利用したが、本実施の形態では、ｎ側電極１８（図６）のための段差構造の形成に利用したものである。
【００３７】
すなわち、基板１０の上にＧａＮからなるｎ型第１コンタクト層１１Ａを形成したのち、例えば、第１の実施の形態と同様にＡ１ＧａＩｎＮＡｓからなるエッチングストップ層１９Ｂを形成する。次いで、このエッチングストップ層１９Ｂの上に、ＧａＮからなるｎ型第２コンタクト層１１Ｂを形成したのち、このｎ型第２コンタクト層１１Ｂ上に、第１の実施の形態と同様にＡ１ＧａＮからなるｎ型クラッド層１２、Ａ１ＧａＩｎＮからなる活性層１３、Ａ１ＧａＮからなるｐ型クラッド層１４、ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１５を順次形成する。
【００３８】
このように本実施の形態では、ｎ型第１コンタクト層１１Ａとｎ型第２コンタクト層１１Ｂとの間にエッチングストップ層１９Ｂを形成したものであり、このエッチングストップ層１９Ｂの上層（ｎ型第２コンタクト層１１Ｂ）までをドライエッチング、そののちエッチングストップ層１９Ｂをウエットエッチングにより選択的に加工することにより、ｎ型第１コンタクト層１１Ａのｎ側電極形成領域における表面を制御性よく規定することができ、図６に示した段差構造を有するレーザ素子を製造することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態においても、ドライエッチングをエッチングストップ層１９Ｂの上層（ｎ型第２コンタクト層１１Ｂ）の途中で停止することにより生じた結晶欠陥層（ダメージ層）を利用し、エッチングストップ層１９Ｂと共にｎ型第２コンタクト層１１Ｂの一部をウエットエッチングを行う手法や、エッチングストップ層１９Ｂの結晶欠陥密度を高めてウエットエッチングを可能とする手法を適用できることは勿論である。
【００４０】
〔第４の実施の形態〕
図７（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造工程の要部を表すものであり、ここではＡｌ組成の高いＡｌＧａＮ層をエッチングストップ層兼電流狭窄層に適用したものである。
【００４１】
本実施の形態では、まず、図７（Ａ）に示したように、第１の実施の形態と同様に、第１のエピタキシャル成長によりｐ型第１クラッド層１４Ａを形成したのち、このｐ型第１クラッド層１４Ａの上にエッチングストップ層１９Ｃを形成すると共に、エッチングストップ層１９Ｃをパターニングして活性層１３の発光部に対向する位置に電流注入用の開口部２２を形成するものである。エッチングストップ層１９Ｃとしては、前述のＶ族混晶層（第１の実施の形態）あるいは結晶欠陥密度の高い層（第２の実施の形態）を用いることができる。開口部２２を形成した後、第２のエピタキシャル成長を行い、ｐ型第２クラッド層１４Ｂおよびｐ型コンタクト層１５をこの順で形成する。次いで、第１の実施の形態と同様の、レジストマスク２０を用いた時間制御のドライエッチングにより、ｐ型コンタクト層１５およびｐ型第２クラッド層１４Ｂを加工して図７（Ｂ）に示したようなストライプ状のリッジ部１６を形成する。
【００４２】
このリッジ構造のままでもレーザ構造となるが、そののち、リッジ部１６の側面に、例えばＳｉＯ２ などの絶縁層やＡｌＧａＮなどからなるｎ型電流阻止層２３を形成することにより、電流狭窄構造を作製してもよい。
【００４３】
このようにして形成された半導体レーザ素子では、エッチングストップ層１９Ｃが電流阻止層２３と共に電流狭窄層としての機能を果たすため、活性層１３に対する電流注入効率が向上する。その他の作用効果は第１の実施の形態と同様である。
【００４４】
以上、本発明を半導体レーザ素子の製造工程に適用した例について説明したが、本発明は特定の層の表面でドライエッチングを停止させてメサ構造を形成する必要のあるデバイスであれば、その他の種類の電子デバイスでも適用可能である。以下、その例について説明する。
【００４５】
〔第５の実施の形態〕
図８（Ａ），（Ｂ）は、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造のトランジスタの製造工程に本発明を適用した例を表すものである。本実施の形態では、まず、図８（Ａ）に示したように、例えばサファイア，ＧａＮ，ＳｉＣなどからなる基板（図示せず）上にｎ−ＧａＮからなる電子伝導層３０を形成したのち、この電子伝導層３０上に例えばｕｎｄｏｐｅｄ−ＧａＮからなる絶縁層３１を形成し、この絶縁層３１上にエッチングストップ層３２を形成する。このエッチングストップ層３２は、前述と同様に、例えばＡｌＧａＩｎＮＡｓなど、（ＡｌＧａＩｎ）ＮＸ（ＸはＡｓ，Ｐ，Ｓｂ，Ｂｉのうちの少なくとも１種）で表される組成を有するものとする。次に、このエッチングストップ層３２上に例えばｎ−ＧａＮからなる電子供給層３３を形成する。続いて、リセスエッチング用のレジストマスク３４を用いて電子供給層３３を破線で示したようにドライエッチングし、エッチングストップ層３２に到達した時点で停止する。次に、レジストマスク３４を用いてエッチングストップ層３２をウエットエッチングにより図８（Ｂ）に示したように加工する。その後は、絶縁層３１上に例えばＰｔ（白金）からなるゲート３５、電子供給層３３上にＴｉ（チタン）からなるソース３６およびドレイン３７を形成する。
なお、上記構造において、絶縁層３１をｎ−ＡｌＧａＮからなるＨＥＭＴ構造の電子供給層３１とし、電子供給層３３をｕｎｄｏｐｅｄ ｎ−ＧａＮからなる絶縁層３３としてもよい。
【００４６】
このように本実施の形態においても、ウエットエッチング可能なエッチングストップ層３２を第１の絶縁層３１上に設けるようにしたので、トランジスタの利得設計に直接関係する、ゲート３５の直下の第１の絶縁層３１の厚さを所望の値に保持することができ、安定した利得特性を得ることができる。
【００４７】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、ＭＩＳＦＥＴ，ＨＥＭＴについて説明したが、ＭＥＳＦＥＴなどのＦＥＴに適用することも可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法によれば、所望の厚さを要する特定の窒化物系化合物半導体層の上に窒化物系化合物半導体層からなるウエットエッチング可能なエッチングストップ層を形成し、その上に被エッチング層を形成したのち、被エッチング層をドライエッチングにより加工すると共に、そのドライエッチングをエッチングストップ層が露出した時点で停止し、その後、エッチングストップ層をウエットエッチングにより加工するようにしたので、結晶成長段階で、デバイスのメサ構造を設計することが可能になり、ウエハプロセスのエッチングばらつきの影響を受けず、高い寸法精度をもって本発明の窒化物系半導体デバイスを作製することができる。従って、例えば半導体レーザにおいては、光学的・電気的に高い精度の設計が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの製造工程の要部を表す断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る半導体レーザ全体の模式図である。
【図３】第１の実施の形態の変形例を説明するための断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る半導体レーザの製造工程の要部を表す断面図である。
【図５】第３の実施の形態に係る半導体レーザの製造工程の要部を表す断面図である。
【図６】第３の実施の形態に係る半導体レーザ全体の模式図である。
【図７】第４の実施の形態に係る半導体レーザの製造工程の要部を表す断面図である。
【図８】第５の実施の形態に係るＭＩＳトランジスタの製造工程を説明するための断面図である。
【図９】従来の半導体レーザの構成を表す模式図である。
【図１０】従来の半導体レーザ素子の要部の製造工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０…基板、１１…ｎ型コンタクト層、１２…ｎ型クラッド層、１３…活性層、１４Ａ…ｐ型第１クラッド層、１４Ｂ…ｐ型第２クラッド層、１５…ｐ型コンタクト層（ＧａＡｓ）、１６…リッジ部、１７…ｐ側電極、１８…ｎ側電極、１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ…エッチングストップ層、２０…レジストマスク
２１…ダメージ層、２２…開口部、２３…ｎ型電流阻止層
Claims (9)
- 特定の窒化物系化合物半導体層を形成したのち、前記特定の窒化物系化合物半導体層の上に窒化物系化合物半導体層からなるウエットエッチング可能なエッチングストップ層を形成する工程と、
前記エッチングストップ層の上に１または複数の窒化物系化合物半導体層からなる被エッチング層を形成する工程と、
前記被エッチング層をドライエッチングにより加工すると共に、前記ドライエッチングを前記エッチングストップ層が露出した時点で停止する工程と、
前記エッチングストップ層をウエットエッチングにより加工する工程と
を含むことを特徴とする窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法。 - 前記エッチングストップ層を、窒素（Ｎ）と、砒素（Ａｓ），燐（Ｐ），アンチモン（Ｓｂ），ビスマス（Ｂｉ）のうちの少なくとも１種とからなる混晶層とする
ことを特徴とする請求項１記載の窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法。 - 前記エッチングストップ層を、前記被エッチング層よりも結晶欠陥密度が高い層とする
ことを特徴とする請求項１記載の窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法。 - 前記ドライエッチングを前記エッチングストップ層が露出する前に停止して前記エッチングストップ層の上層にドライエッチングによるダメージ層を形成し、次いで、ウエットエッチングにより前記ダメージ層を除去すると共に前記エッチングストップ層を加工する
ことを特徴とする請求項１記載の窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法。 - 基板上に第１導電型のコンタクト層を形成したのち、前記コンタクト層上に、活性層部と、前記活性層部を挟む一対のクラッド層を形成したのち、前記クラッド層のうちの第２導電型の第１クラッド層上に前記エッチングストップ層を形成する工程と、
前記エッチングストップ層の上に第２導電型の第２クラッド層および第２導電型のコンタクト層を形成したのち、前記第２導電型のコンタクト層および前記第２クラッド層をドライエッチングにより加工してリッジ部を形成すると共に、前記ドライエッチングを前記エッチングストップ層が露出した時点で停止する工程と、
前記エッチングストップ層をウエットエッチングにより加工し、前記第１クラッド層の表面を露出させる工程と
ことを特徴とする請求項１記載の窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法。 - 前記エッチングストップ層は、（ＡｌＧａＩｎ）ＮＸ（ＸはＡｓ，Ｐ，Ｓｂ，Ｂｉのうちの少なくとも１種）により形成されている
ことを特徴とする請求項５記載の窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法。 - 基板上に第１導電型のコンタクト層を形成したのち、前記第１導電型のコンタクト層上に前記エッチングストップ層を形成する工程と、
前記エッチングストップ層の上に活性層部、前記活性層部を挟む一対のクラッド層および第２導電型のコンタクト層を形成したのち、前記第２導電型のコンタクト層、前記活性層および一対のクラッド層をドライエッチングにより加工すると共に、前記ドライエッチングを前記エッチングストップ層が露出した時点で停止する工程と、
前記エッチングストップ層をウエットエッチングにより加工し、前記第１導電型のコンタクト層の表面を露出させる工程と、
前記露出した第１導電型のコンタクト層上に第１導電型の電極、前記第２導電型のコンタクト層上に第２導電型の電極をそれぞれ形成する工程と
を含むことを特徴とする窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法。 - 前記エッチングストップ層は、（ＡｌＧａＩｎ）ＮＸ（ＸはＡｓ，Ｐ，Ｓｂ，Ｂｉのうちの少なくとも１種）により形成されている
ことを特徴とする請求項７記載の窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法。 - 所定の厚さを有する特定の窒化物系化合物半導体層と、
前記特定の窒化物系化合物半導体層の一部領域上に選択的に形成された窒化物系化合物半導体層からなるウエットエッチング可能なエッチングストップ層と、
前記エッチングストップ層の上にドライエッチングによる加工により形成された１または複数の窒化物系化合物半導体層からなる被エッチング層と、
前記被エッチング層の表面に接して形成された一方の電極と、
前記特定の窒化物系化合物半導体層の表面に接して形成された他方の電極と
を備えたことを特徴とする窒化物系化合物半導体デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003196940A JP2005038873A (ja) | 2003-07-15 | 2003-07-15 | 窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法および窒化物系化合物半導体デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003196940A JP2005038873A (ja) | 2003-07-15 | 2003-07-15 | 窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法および窒化物系化合物半導体デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005038873A true JP2005038873A (ja) | 2005-02-10 |
Family
ID=34207236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003196940A Pending JP2005038873A (ja) | 2003-07-15 | 2003-07-15 | 窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法および窒化物系化合物半導体デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005038873A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007173742A (ja) * | 2005-12-26 | 2007-07-05 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 窒化物半導体装置の製造方法 |
| KR100768402B1 (ko) * | 2006-03-08 | 2007-10-18 | 엘지전자 주식회사 | 반도체 레이저 다이오드의 제조방법 |
| WO2010146639A1 (ja) * | 2009-06-15 | 2010-12-23 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体装置及びその製造方法 |
-
2003
- 2003-07-15 JP JP2003196940A patent/JP2005038873A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007173742A (ja) * | 2005-12-26 | 2007-07-05 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 窒化物半導体装置の製造方法 |
| KR100768402B1 (ko) * | 2006-03-08 | 2007-10-18 | 엘지전자 주식회사 | 반도체 레이저 다이오드의 제조방법 |
| WO2010146639A1 (ja) * | 2009-06-15 | 2010-12-23 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体装置及びその製造方法 |
| US8253220B2 (en) | 2009-06-15 | 2012-08-28 | Panasonic Corporation | Nitride semiconductor device and method for fabricating the same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6939730B2 (en) | Nitride semiconductor, semiconductor device, and method of manufacturing the same | |
| KR101011945B1 (ko) | 질화물 반도체 및 반도체 소자의 제조 방법 | |
| JP2002289539A (ja) | 窒化物半導体素子及びその作製方法 | |
| JP2003063897A (ja) | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体基板およびその製造方法ならびに半導体発光素子の製造方法ならびに半導体装置の製造方法 | |
| US8358674B2 (en) | Semiconductor laser element and method of manufacturing thereof | |
| JP2001094212A (ja) | 半導体素子およびその製造方法 | |
| KR100624598B1 (ko) | 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 | |
| JP2003332688A (ja) | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体レーザ | |
| JP2003283052A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JP2000200946A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JP3812452B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
| JP2003243773A (ja) | 半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子 | |
| JP2000077783A (ja) | インジウムを含む窒化物半導体結晶の成長方法 | |
| JP4465890B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2005038873A (ja) | 窒化物系化合物半導体デバイスの製造方法および窒化物系化合物半導体デバイス | |
| KR20000035669A (ko) | 반도체 레이저, 반도체 장치 및 이들의 제조 방법 | |
| WO2007126091A1 (ja) | エッチング方法、エッチングマスクおよびそれを用いた半導体装置の製造方法 | |
| JP2002151418A (ja) | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体基板およびその製造方法ならびに半導体装置およびその製造方法 | |
| JPH10242570A (ja) | 化合物半導体発光素子及びその製造方法 | |
| JP4720051B2 (ja) | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体基板およびその製造方法ならびに半導体発光素子の製造方法ならびに半導体装置の製造方法 | |
| JP2007207798A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JP5841340B2 (ja) | 窒化物半導体レーザ装置の製造方法 | |
| JP5722082B2 (ja) | 窒化物半導体レーザ装置の製造方法 | |
| JP2000232094A (ja) | 化合物半導体のドライエッチング方法および化合物半導体素子 | |
| JP2006093548A (ja) | 窒化物半導体発光素子、及びその製造方法 |