JP2012186330A - 窒化物半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭｇドープＡｌＧａＮで構成されたｐ型クラッド層１６からなる凸状のリッジ部を有する窒化物半導体レーザ装置の特性を向上させる。
【解決手段】ＭｇドープＡｌＧａＮで構成されたｐ型クラッド層１６をドライエッチングしてリッジ部１６Ａを形成した後、熱リン酸を用いてｐ型クラッド層１６の表面をウェットエッチングすることにより、リッジ部１６Ａの両側のｐ型クラッド層１６の深さ（膜厚）の制御性を確保しつつ、リッジ部１６Ａの側面のダメージ層を除去することが可能となる。
【選択図】図６

Description

本発明は、窒化物半導体レーザ装置の製造方法に関し、特に、凸状のリッジ部が形成されるｐ型クラッド層をＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）で構成した窒化物レーザダイオードの製造に適用して有効な技術に関する。

青色領域〜青紫色領域の波長帯で動作する窒化物レーザダイオードは、ＧａＡｓ系レーザダイオードに比べて波長が短いことから、直接描画装置の露光用光源などに使用されている。

従来、窒化物レーザダイオードでは、基板材料としてＧａＮ（窒化ガリウム）などが用いられ、素子構造としてリッジ導波路型が多用されている（例えば特許文献１）。リッジ導波路型の場合は、例えば有機金属気相成長法を用いてｎ型ＧａＮ基板上にｎ型クラッド層、多重量子井戸構造を有する活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層などの半導体層を成長させた後、ｐ型コンタクト層の上部に堆積した酸化シリコン膜をストライプ状に加工し、これをマスクとしてｐ型クラッド層をドライエッチングすることにより、凸状のリッジ部を形成する。ここで、ｎ型クラッド層には、例えばＳｉドープＡｌＧａＮが用いられ、ｐ型クラッド層には、例えばＭｇドープＡｌＧａＮが用いられる。

特開２００９−０２１４２４号公報

上記した窒化物レーザダイオードは、デバイス性能の向上および信頼性向上の観点から、動作電圧の低減、しきい値電流の低減といった特性の改善が求められている。

窒化物レーザダイオードの特性が劣化する原因の一つに、リッジ部の形成工程でｐ型クラッド層に生じるエッチングダメージ（結晶欠陥）が挙げられる。前述したように、リッジ部を形成する工程では、ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層の上部に堆積した酸化シリコン膜をストライプ状に加工し、これをマスクとしてｐ型クラッド層を凸状にエッチングする。

ｐ型クラッド層を構成するＡｌＧａＮは、安定な結晶であることから、上記したリッジ部の加工には、ドライエッチング法が用いられる。このとき、ドライエッチングされたｐ型クラッド層の表面にはダメージ層が残るが、特にリッジ部の側面に生じたダメージは、窒化物レーザダイオードの特性に悪影響を及ぼす。

その対策として、ドライエッチング後にｐ型クラッド層の表面をウェットエッチングすることによって、リッジ部の側面のダメージ層を除去することが望ましいが、ｐ型クラッド層の表面をウェットエッチングする際には、ｐ型クラッド層の深さ（膜厚）の制御性を確保して電流の広がりを抑制する観点から、縦方向（基板の主面に垂直な方向）のエッチングの進行は、最小限にとどめなければならない。

ところが、一般に、薬液を用いたウェットエッチング法では、横方向（基板の主面に水平な方向）のエッチングと縦方向のエッチングが等方的に進行する。そのため、リッジ部の側面のダメージ層をウェットエッチングで除去しようとすると、縦方向のエッチングも同時に進行し、ｐ型クラッド層の深さ（膜厚）の制御性を確保することが困難になる。

このように、ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層をドライエッチングしてリッジ部を形成する従来方法では、ｐ型クラッド層の深さ（膜厚）の制御性を確保しつつ、リッジ部の側面のダメージ層を除去することが困難であった。

本発明の目的は、ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層をドライエッチングしてリッジ部を形成する窒化物レーザダイオードの製造工程において、ｐ型クラッド層の深さ（膜厚）の制御性を確保しつつ、リッジ部の側面のダメージ層を除去することのできる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本願発明の好ましい一態様である窒化物半導体レーザ装置の製造方法は、（ａ）基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、およびＡｌＧａＮを主体として構成されるｐ型クラッド層を成長させる工程と、（ｂ）前記ｐ型クラッド層の上部に形成した絶縁膜をマスクにして、前記ｐ型クラッド層をドライエッチングすることにより、前記ｐ型クラッド層の一部に凸状のリッジ部を形成する工程と、（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記ｐ型クラッド層の表面を薬液でウェットエッチングすることにより、前記ドライエッチングで生じた前記リッジ部の側面のダメージ層を除去する工程とを含み、前記薬液として、熱リン酸を用いるものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層をドライエッチングしてリッジ部を形成した後のダメージ除去工程で、ｐ型クラッド層の深さ（膜厚）の制御性を確保しつつ、リッジ部の側面のダメージ層を除去することが可能となるので、窒化物半導体レーザ装置の動作電圧の低減、しきい値電流の低減といった特性の向上を図ることができる。

本発明の一実施の形態１である窒化物レーザダイオードの製造方法を示す断面図である。 図１に続く窒化物レーザダイオードの製造方法を示す断面図である。 図２に続く窒化物レーザダイオードの製造方法を示す断面図である。 図３に続く窒化物レーザダイオードの製造方法を示す断面図である。 図３に続く窒化物レーザダイオードの製造方法の別例を示す断面図である。 図４に続く窒化物レーザダイオードの製造方法を示す断面図である。 図６に続く窒化物レーザダイオードの製造方法を示す断面図である。 図７に続く窒化物レーザダイオードの製造方法を示す断面図である。 図８に続く窒化物レーザダイオードの製造方法を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

以下、図面を参照しながら、ストライプ方向が［１−１００］、リッジ側面面方位が（１１−２０）（いわゆるＡ面）、端面である壁開面の面方位が（１−１００）（いわゆるｍ面）となる凸状のリッジ部を有する窒化物レーザダイオードの製造方法を工程順に説明する。

まず、図１に示すように、表面面方位が（０００１）、いわゆるＣ面のｎ型ＧａＮ基板１０を用意し、その主面上に例えばＳｉドープＧａＮからなるｎ型バッファ層１１、ＳｉドープＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層１２、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型ガイド層１３、井戸層とバリア層とを交互に積層したアンドープＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）からなる活性層１４、ＭｇドープＡｌＧａＮからなる電子ブロック層１５を順次成長させ、続いて電子ブロック層１５の上部に、Ａｌ：Ｇａ：Ｎの組成比が電子ブロック層１５とは異なるＭｇドープＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１６を成長させ、ｐ型クラッド層１６の上部にＭｇドープＧａＮからなるｐ型コンタクト層１７を成長させる。上記したｎ型ＧａＮ基板１０上の各半導体層は、一般的な有機金属気相成長法を用いて成長させる。また、ｐ型クラッド層１６の膜厚は、例えば４００ｎｍ程度とする。

次に、図２に示すように、例えばＣＶＤ法を用いてｐ型コンタクト層１７の上部に酸化シリコン膜１８を堆積した後、図３に示すように、酸化シリコン膜１８の上部に形成したフォトレジスト膜１９をマスクにしたドライエッチングで酸化シリコン膜１８をパターニングする。パターニングされた酸化シリコン膜１８は、ｐ型コンタクト層１７およびｐ型クラッド層１６をエッチングするためのマスクとなるもので、図３の紙面に垂直な方向に延在するストライプ状のパターンを有している。

次に、フォトレジスト膜１９を除去した後、図４に示すように、パターニングされた酸化シリコン膜１８をマスクにしてｐ型コンタクト層１７およびｐ型クラッド層１６をドライエッチングする。ｐ型コンタクト層１７を構成するＭｇドープＧａＮおよびｐ型クラッド層１６を構成するＭｇドープＡｌＧａＮをドライエッチングするには、例えば塩素系のガスを使用する。このとき、ｐ型クラッド層１６のドライエッチングを途中で停止することにより、断面形状が略凸状のリッジ部１６Ａを形成する。

ここでは、例えばｐ型クラッド層１６を３５０ｎｍ程度までドライエッチングしたところでエッチングを停止し、リッジ部１６Ａの両側に膜厚５０ｎｍ程度のｐ型クラッド層１６を残す。窒化物レーザダイオードの場合は、リッジ部１６Ａの両側に残るｐ型クラッド層１６の膜厚（図４に示す膜厚ｄ）の大小が電流の広がりを決めるので、上記ドライエッチング工程での膜厚ｄの制御は重要である。

また、ｐ型コンタクト層１７およびｐ型クラッド層１６をドライエッチングする上記の工程では、ドライエッチングのマスクとなる酸化シリコン膜１８も僅かにエッチングされるので、エッチングの進行に伴ってその断面積が次第に小さくなる。そのため、ｐ型クラッド層１６のドライエッチングが終了すると、リッジ部１６Ａの断面形状が台形となり、その側面にテーパが形成される。

また、ｐ型クラッド層１６をドライエッチングする上記の工程では、酸化シリコン膜１８に対するｐ型クラッド層（ＡｌＧａＮ）１６のエッチング選択比が高くなるようなドライエッチング装置を使用することが望ましい。このような装置を使用した場合は、図５に示すように、酸化シリコン膜１８の断面形状に依存することなく、リッジ部１６Ａの断面形状を制御することができる。

次に、上記のドライエッチングでリッジ部１６Ａおよびｐ型コンタクト層１７の側面に生じたダメージ層を除去するために、１５０℃程度の熱リン酸を用いてｐ型クラッド層１６の表面およびｐ型コンタクト層１７の表面（側面）をウェットエッチングする。このとき、リッジ部１６Ａの両側に残っているｐ型クラッド層１６の表面がエッチングされてその膜厚が薄くなると、電流の広がりを抑制することが困難となる。

ところが、熱リン酸を用いてＧａＮからなるｐ型コンタクト層１７およびＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１６をドライエッチングした場合は、横方向（ｎ型ＧａＮ基板１０の主面に水平な方向）のエッチングが選択的に進行し、縦方向のエッチングはほとんど進行しない。すなわち、熱リン酸を用いてＡｌＧａＮをエッチングする場合は、エッチングが異方的に進行する。

図６は、熱リン酸を用いてｐ型クラッド層１６をエッチングした後のｎ型ＧａＮ基板１０の断面を示している。熱リン酸を用いてＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１６をエッチングした場合、リッジ部１６Ａの側面は横方向にエッチングされるので、表面のダメージ層が除去されると共に、ほぼ垂直な断面形状となる。一方、リッジ部１６Ａの両側に残ったｐ型クラッド層１６は、縦方向のエッチングがほとんど進行しないので、エッチング後の膜厚（ｄ’）は、エッチング前の膜厚（ｄ）とほとんど変わらない（ｄ’≒ｄ）。

次に、例えばフッ酸系の薬液を用いたウェットエッチングでリッジ部１６Ａ上の酸化シリコン膜１８を除去した後、図７に示すように、ＣＶＤ法を用いてｐ型コンタクト層１７の上部に酸化シリコン膜２０を堆積し、続いて図示しないフォトレジスト膜をマスクにしたエッチングでｐ型コンタクト層１７上の酸化シリコン膜２０を除去することによって、ｐ型コンタクト層の上面を露出させる。酸化シリコン膜２０のエッチングには、例えばフッ酸系の薬液を用いる。

次に、図８に示すように、例えば真空蒸着法を用いてｎ型ＧａＮ基板１０の表面にＡｕ(金)膜等を被着し、続いてこれらの金属膜をパターニングすることによって、ｐ型コンタクト層に電気的に接続されるｐ側電極２１を形成する。

次に、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面を研削して基板厚を１００μｍ程度まで薄くした後、図９に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面にｎ側電極２２を形成する。ｎ側電極２２は、例えばｎ型ＧａＮ基板１０の裏面側全面にＴｉ（チタン）膜およびＡｌ膜を順次堆積することによって形成する。

このように、ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１７およびＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１６をドライエッチングしてリッジ部１６Ａを形成した後、熱リン酸を用いてｐ型クラッド層１６の表面をエッチングすることにより、リッジ部１６Ａの両側のｐ型クラッド層１６の深さ（膜厚）の制御性を確保しつつ、リッジ部１６Ａおよびｐ型コンタクト層１７のそれぞれの側面のダメージ層を除去することが可能となる。

なお、熱リン酸を用いてｐ型クラッド層１６の表面をエッチングした場合、リッジ部１６Ａの両側のｐ型クラッド層１６の表面には、エッチング後もダメージ層が残るが、この部分は電流パスには関係ないので、特性への影響はない。

これにより、窒化物レーザダイオードの動作電圧の低減およびしきい値電流の低減を図ることができるので、特性の向上した窒化物レーザダイオードを製造することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施の形態では、基板材料としてｎ型ＧａＮを使用した例について述べたが、サファイア、ＳｉＣ（炭化珪素）など、窒化物半導体が成長しうる基板材料であれば、如何なる基板材料を用いてもよい。

本発明は、凸状のリッジ部が形成されるｐ型クラッド層をＡｌＧａＮで構成した窒化物レーザダイオードの製造に適用することができる。

１０ ｎ型ＧａＮ基板
１１ ｎ型バッファ層
１２ ｎ型クラッド層
１３ ｎ型ガイド層
１４ 活性層
１５ 電子ブロック層
１６ ｐ型クラッド層
１６Ａ リッジ部
１７ ｐ型コンタクト層
１８、２０ 酸化シリコン膜
１９ フォトレジスト膜
２１ ｐ側電極
２２ ｎ側電極

Claims (3)

1. （ａ）基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、およびＡｌＧａＮを主体として構成されるｐ型クラッド層を成長させる工程と、
   （ｂ）前記ｐ型クラッド層の上部に形成した絶縁膜をマスクにして、前記ｐ型クラッド層をドライエッチングすることにより、前記ｐ型クラッド層の一部に凸状のリッジ部を形成する工程と、
   （ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記ｐ型クラッド層の表面を薬液でウェットエッチングすることにより、前記ドライエッチングで生じた前記リッジ部の側面のダメージ層を除去する工程と、
   を含み、
   前記薬液として、熱リン酸を用いることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
2. 前記（ｂ）工程では、前記凸状のリッジ部の側面にテーパが形成され、
   前記（ｃ）工程では、前記凸状のリッジ部の側面が垂直になることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
3. 前記基板として、表面面方位が（０００１）のＧａＮ基板を用いることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。

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