JP2013191810A - 半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】へき開不良を抑制する半導体発光素子の製造方法、及び半導体発光素子を提供する。
【解決手段】基板の上に、耐ウェットエッチング層１６Ｃを最上層に有する複数のエピタキシャル層を形成する工程と、該耐ウェットエッチング層の上にＩｎＧａＡｓ層１８を形成する工程と、該ＩｎＧａＡｓ層の一部をエッチングして、該耐ウェットエッチング層がストライプ状に露出した露出部を形成する工程と、該露出部の上と該ＩｎＧａＡｓ層の上方に電極２２を形成する工程と、該露出部の上の該電極を該耐ウェットエッチング層に対して選択的に除去するウェットエッチング工程と、該ウェットエッチング工程の後に、該露出部に沿って該基板をへき開する工程と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば光通信などに用いられる半導体発光素子の製造方法とその方法で製造された半導体発光素子に関する。

特許文献１には、基板上に活性層を含む複数のエピタキシャル層を形成し、当該複数のエピタキシャル層の上に絶縁膜を形成することが開示されている。特許文献１に開示の技術は基板をへき開する部分であるへき開部の絶縁膜は薄くしておき、へき開部に沿って基板をへき開するものである。この技術によればへき開部において膜質が緻密である絶縁膜の膜厚が薄いので、へき開の曲がりの発生頻度が減少する。

特開２００４−１３４７０１号公報

特許文献１に開示の技術では、へき開部に絶縁膜があるのでへき開曲がりの防止が十分でなかった。へき開部の絶縁膜は完全に除去してへき開の進展に対する抵抗力を十分低減することが望ましい。へき開部の絶縁膜を完全に除去すると、へき開部に半導体層が露出することになる。

ところが、へき開部に半導体層が露出した状態で全面に電極を形成しへき開部上の電極をウェットエッチングで除去する場合、へき開部上の電極のみならずその下の半導体層がエッチングされ半導体層の表面が荒れることがあった。へき開部の半導体層が荒れると、その表面荒れを起点にへき開線が曲がったり、へき開面に段差が生じたりする問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、へき開不良を抑制する半導体発光素子の製造方法、及び半導体発光素子を提供することを目的とする。

本願の発明に係る半導体発光素子の製造方法は、基板の上に、耐ウェットエッチング層を最上層に有する複数のエピタキシャル層を形成する工程と、該耐ウェットエッチング層の上にＩｎＧａＡｓ層を形成する工程と、該ＩｎＧａＡｓ層の一部をエッチングして、該耐ウェットエッチング層がストライプ状に露出した露出部を形成する工程と、該露出部の上と該ＩｎＧａＡｓ層の上方に電極を形成する工程と、該露出部の上の該電極を該耐ウェットエッチング層に対して選択的に除去するウェットエッチング工程と、該ウェットエッチング工程の後に、該露出部に沿って該基板をへき開する工程と、を備えたことを特徴とする。

本願の発明に係る半導体発光素子は、基板と、該基板の上に形成された、耐ウェットエッチング層を最上層に有する複数のエピタキシャル層と、平面視で前端面と後端面に接する部分に該耐ウェットエッチング層が露出する露出部を残しつつ、該耐ウェットエッチング層の一部の上に形成されたＩｎＧａＡｓ層と、該露出部を残しつつ、該ＩｎＧａＡｓ層を覆う保護層と、該保護層の上に形成された電極と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、耐ウェットエッチング層を用いて電極を選択的にエッチングするのでへき開不良を抑制できる。

本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の斜視図である。 ＩｎＧａＡｓ層の一部をエッチングして露出部を形成したことを示す断面図である。 露出部上の絶縁膜を除去したことを示す断面図である。 全面にｐ電極を形成したことを示す断面図である。 ｐ電極の一部をウェットエッチングしたことを示す断面図である。 比較例の半導体発光素子の製造過程においてｐ電極を形成したことを示す断面図である。 ＩｎＧａＡｓ層の一部がエッチングされたことを示す断面図である。 比較例におけるへき開の進む方向を矢印で示す平面図である。 比較例の方法で製造された半導体発光素子の前端面を示す正面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子の断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体発光素子の断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の断面図である。半導体発光素子１０は、前端面１０ａと後端面１０ｂを有している。半導体発光素子１０は、例えばＩｎＰで形成された基板１２を有している。基板１２の上には複数のエピタキシャル層１６が形成されている。複数のエピタキシャル層１６は、基板１２の上に下クラッド層１６ａ、活性層１６ｂ、耐ウェットエッチング層１６ｃがこの順に形成されたものである。つまり、複数のエピタキシャル層１６は最上層として耐ウェットエッチング層１６ｃを有する。

下クラッド層１６ａと活性層１６ｂは例えばＩｎＰやＩｎＧａＡｓＰで形成される。耐ウェットエッチング層１６ｃは、ＩｎＰで形成されている。耐ウェットエッチング層１６ｃは、上クラッド層として機能するものである。

耐ウェットエッチング層１６ｃの一部の上にはＩｎＧａＡｓ層１８が形成されている。ＩｎＧａＡｓ層１８は、平面視で前端面１０ａと後端面１０ｂに接する部分に耐ウェットエッチング層１６ｃが露出する露出部１６ｃ´を残すように耐ウェットエッチング層１６ｃの上に形成されている。つまり、ＩｎＧａＡｓ層１８は耐ウェットエッチング層１６ｃの全面に形成されるものではない。

ＩｎＧａＡｓ層１８は絶縁膜２０に覆われている。絶縁膜２０は、例えばＳｉＯ_２やＳｉＮで形成される。絶縁膜２０は、露出部１６ｃ´の上には形成されない。絶縁膜２０の上にはｐ電極２２が形成されている。基板１２の裏面にはｎ電極２４が形成されている。ｐ電極２２とｎ電極は例えばＣｒで形成される。図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の斜視図である。露出部１６ｃ´が形成されているため、前端面１０ａには絶縁膜２０が表れない。

ここで、本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法を説明する。まず、基板１２の上に、耐ウェットエッチング層１６ｃを最上層に有する複数のエピタキシャル層１６を形成する。

次いで、耐ウェットエッチング層１６ｃの上にＩｎＧａＡｓ層を形成する。次いで、ＩｎＧａＡｓ層の一部をエッチングして、耐ウェットエッチング層１６ｃがストライプ状に露出した露出部１６ｃ´を形成する。ＩｎＧａＡｓ層のエッチングは、ＩｎＰで形成された耐ウェットエッチング層１６ｃに対して選択的に行う。具体的には、硝酸や酒石酸を用いたウェットエッチングや、Ｈ_２＋ＣＨ_４やＣｌ_２＋Ｎ_２などの混合ガス用いたドライエッチングを用いるとよい。

図３は、ＩｎＧａＡｓ層の一部をエッチングして露出部１６ｃ´を形成したことを示す断面図である。図３において破線はへき開する部分を表す。露出部１６ｃ´の幅は例えば２０μｍである。

次いで、絶縁膜を全面に形成する。その後、絶縁膜のうちＩｎＧａＡｓ層１８を覆う部分を残しつつ、露出部１６ｃ´の上の絶縁膜を除去する。図４は、露出部１６ｃ´上の絶縁膜を除去したことを示す断面図である。絶縁膜２０形成後の露出部１６ｃ´の幅は例えば１４μｍである。

次いで、露出部１６ｃ´の上と絶縁膜２０の上にｐ電極を形成する。これにより、ＩｎＧａＡｓ層１８の上方に絶縁膜２０を介してｐ電極２２が形成される。ｐ電極はＣｒで形成される。図５は、全面にｐ電極２１を形成したことを示す断面図である。次いで、露出部の上のｐ電極２１を、耐ウェットエッチング層１６ｃ及び絶縁膜２０に対して選択的に除去する。この工程をウェットエッチング工程と称する。ウェットエッチング工程では、Ｉ、ＫＩ、及びＨ_２Ｏを含むエッチャントを用いる。図６は、ｐ電極２１の一部をウェットエッチングしｐ電極２２を形成したことを示す断面図である。なお、ｎ電極２４は適時に形成しておく。

次いで、露出部１６ｃ´に沿って基板１２をへき開する。へき開により基板１２、複数のエピタキシャル層１６、ｎ電極２４が露出した前端面１０ａと後端面１０ｂが形成される。なお、このへき開は絶縁膜２０が無い部分で行うので端面に絶縁膜は表れない。

ここで、本発明の理解を容易にするために比較例の半導体発光素子の製造方法について説明する。図７は、比較例の半導体発光素子の製造過程において、ｐ電極を形成したことを示す断面図である。ＩｎＧａＡｓ層５０は、上クラッド層１７の上に形成されている。ＩｎＧａＡｓ層５０はへき開部(破線部)を含む全面に形成されている。ＩｎＧａＡｓ層５０の上には開口を有する絶縁膜５２が形成されている。この開口により露出したＩｎＧａＡｓ層５０と絶縁膜５２の上にｐ電極５４が形成される。

ｐ電極５４形成後にへき開部のｐ電極５４を除去する。このとき、ｐ電極５４の下のＩｎＧａＡｓ層５０の一部までエッチングされて、ＩｎＧａＡｓ層５０の表面が荒れる。図８は、ＩｎＧａＡｓ層５０の一部がエッチングされたことを示す断面図である。ＩｎＧａＡｓ層５０の一部がエッチングされてＩｎＧａＡｓ層５０表面にダメージ部６０が形成されている。このようにｐ電極５４の一部をエッチングして開口を有するｐ電極５４ａとする。

へき開線上にダメージ部６０があると、へき開線の曲がりやへき開面の段差が生じることがある。図９は、比較例におけるへき開の進む方向を矢印で示す平面図である。図９には、ダメージ部６０により直線的なへき開ができなくなったことが示されている。図１０は、比較例の方法で製造された半導体発光素子の前端面を示す正面図である。前端面にはへき開線の曲がりによる段差７０が生じている。比較例ではこれらの弊害に加えて、ＩｎＧａＡｓ層の荒れ自体が外観不良の原因になる。

ところが、本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子によれば、耐ウェットエッチング層１６ｃをＩｎＰで形成したので、エッチャントを用いてｐ電極２２の一部を耐ウェットエッチング層１６ｃに対して選択的にエッチングできる。よって、耐ウェットエッチング層１６ｃの表面が荒れることを防止して、へき開線の曲がり、端面の段差、及び外観不良を防止できる。

なお、へき開面の欠け（段差）が有るとレンズ光軸などの組み立て工程でへき開面からメサ部形状を自動画像認識する際にメサと欠けの区別がつかずにエラーが発生することがあった。しかし本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法によれば端面が反射鏡面となる半導体発光素子（レーザ発振光共振器）を形成できるので、このようなエラーを防止し生産性を向上できる。

また、本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法では、露出部１６ｃ´に沿ってへき開を進行させるので絶縁膜２０を含む部分ではへき開しない。そのため、絶縁膜ごとへき開する場合と比較して、へき開の進行に対する抵抗力を低減できる。これによりへき開時の膜剥がれを防止できる。

また、ウェットエッチング工程において、ＩｎＧａＡｓ層１８は絶縁膜２０で覆われているので、エッチャントによってＩｎＧａＡｓ層１８が荒れることを防止できる。これらの効果により、へき開歩留まりの改善が可能となる。

耐ウェットエッチング層１６ｃはＩｎＰで形成したが、ｐ電極２２の一部を除去するエッチャント（例えばＩ、ＫＩ、及びＨ_２Ｏを含むエッチャント）によってエッチングされないものであれば特に限定されない。例えば、耐ウェットエッチング層をＩｎＧａＡｓＰで形成してもよい。

実施の形態２．
図１１は、本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子の断面図である。実施の形態１との相違点を中心に説明する。本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子は、絶縁膜２０で複数の半導体層を覆うことを特徴とする。具体的には絶縁膜２０で、ＩｎＧａＡｓ層１８と半導体層１００を覆っている。

本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子は、実施の形態１に係る半導体発光素子に半導体層１００を加えたものである。そして、半導体層１００を絶縁膜２０で覆うことで、へき開部分の厚みを薄く保つことができる。これによりへき開の進行に対する抵抗力を低減できる。

半導体発光素子は複数の半導体層を重ねて形成するが、可能な限り多くの半導体層を絶縁膜２０で覆うことでへき開部分を薄くしへき開の進行に対する抵抗力を低減することができる。なお、本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子は、少なくとも実施の形態１と同程度の変形が可能である。

実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３に係る半導体発光素子の断面図である。実施の形態１との相違点を中心に説明する。本発明の実施の形態３に係る半導体発光素子は、ＩｎＧａＡｓ層１８をＩｎＰ層１０２で覆ったことを特徴とする。

実施の形態１における絶縁膜２０は、ウェットエッチング工程で用いるエッチャントからＩｎＧａＡｓ層１８を保護する保護層として機能する。絶縁膜２０は保護層として機能するＩｎＰ層１０２で置き換え可能である。また、保護層としてＩｎＧａＡｓＰ層などを用いてもよい。なお、本発明の実施の形態３に係る半導体発光素子は、少なくとも実施の形態１と同程度の変形が可能である。

１０ 半導体発光素子、 １０ａ 前端面、 １０ｂ 後端面、 １２ 基板、 １６ 複数のエピタキシャル層、 １６ａ 下クラッド層、 １６ｂ 活性層、 １６ｃ 耐ウェットエッチング層、 １６ｃ´ 露出部、 １７ 上クラッド層、 １８ ＩｎＧａＡｓ層、 ２０ 絶縁膜、 ２２ ｐ電極、 ２４ ｎ電極、 ５０ ＩｎＧａＡｓ層、 ５２ 絶縁膜、 ５４，５４ａ ｐ電極、 ６０ ダメージ部、 ７０ 段差

Claims (6)

1. 基板の上に、耐ウェットエッチング層を最上層に有する複数のエピタキシャル層を形成する工程と、
   前記耐ウェットエッチング層の上にＩｎＧａＡｓ層を形成する工程と、
   前記ＩｎＧａＡｓ層の一部をエッチングして、前記耐ウェットエッチング層がストライプ状に露出した露出部を形成する工程と、
   前記露出部の上と前記ＩｎＧａＡｓ層の上方に電極を形成する工程と、
   前記露出部の上の前記電極を前記耐ウェットエッチング層に対して選択的に除去するウェットエッチング工程と、
   前記ウェットエッチング工程の後に、前記露出部に沿って前記基板をへき開する工程と、を備えたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
2. 前記耐ウェットエッチング層は、ＩｎＰ又はＩｎＧａＡｓＰで形成され、
   前記ウェットエッチング工程では、Ｉ、ＫＩ、及びＨ_２Ｏを含むエッチャントを用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
3. 前記ウェットエッチング工程の前に前記ＩｎＧａＡｓ層を保護層で覆う工程を備え、
   前記ウェットエッチング工程では、前記露出部の上の前記電極を前記耐ウェットエッチング層及び前記保護層に対して選択的に除去することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子の製造方法。
4. 基板と、
   前記基板の上に形成された、耐ウェットエッチング層を最上層に有する複数のエピタキシャル層と、
   平面視で前端面と後端面に接する部分に前記耐ウェットエッチング層が露出する露出部を残しつつ、前記耐ウェットエッチング層の一部の上に形成されたＩｎＧａＡｓ層と、
   前記露出部を残しつつ、前記ＩｎＧａＡｓ層を覆う保護層と、
   前記保護層の上に形成された電極と、を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
5. 前記保護層は絶縁膜であることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
6. 前記保護層はＩｎＰ又はＩｎＧａＡｓＰで形成されたことを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。

Images