JP2020047783A - 半導体発光デバイスの製造方法及び半導体発光デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】歩留りや生産性を向上させることができる半導体発光デバイスの製造方法を提供することである。【解決手段】実施形態の半導体発光デバイスの製造方法は、第1の光反射構造を形成する第1工程と、前記第1の光反射構造上に活性層を含む光半導体構造を接合する工程と、前記光半導体構造上に第2の光反射構造を形成する工程と、前記光半導体構造に通電するための一対の電極を形成する工程とを備え、前記第1工程が基板上にパターニングされた誘電体層を形成する工程と、前記基板及び前記誘電体層の上に高屈折率層を形成する工程と、前記第1の高屈折率層を平坦化する工程と、前記第1の高屈折率層の上にマスク層を形成する工程と、前記マスク層及び前記第1の高屈折率層に周期構造を形成する工程と、前記マスク層の上に低屈折層を形成し、かつ前記周期構造を低屈折層で埋める工程と、前記マスク層と前記低屈折層とがほぼ同一平面となるように化学機械研磨を行う工程とを含む。【選択図】 図1
Description
本発明の実施形態は、半導体発光デバイスの製造方法及び半導体発光デバイスに関する。
光半導体デバイスは、半導体発光デバイスと、半導体受光デバイスに大別される。近年、半導体発光デバイスとして、活性層(発光層)を含む光半導体構造をそれぞれフォトニック結晶からなる上下2つのメンブレンリフレクタで挟んだ構造の垂直共振器型面発光レーザ(VCSEL)デバイスが注目されている(非特許文献1)。
このような半導体レーザデバイスについては、放熱性が良好なこと、デバイス構造内に歪の発生が少ないことが要求される。従来の半導体発光デバイスの製造方法では化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)ディッシングにより、下部メンブレンリフレクタの周囲とメンブレンリフレクタ部分との間に段差が生じてしまうため、III-V接合が可能であってもその部分で歪が生じる可能性がある。またディッシング量によっては接合が不可能となる場合があり、改良の余地があった。
本発明が解決しようとする課題は、歩留りや生産性を向上させることができる半導体発光デバイスの製造方法を提供することである。
実施形態の半導体発光デバイスの製造方法は、第1の光反射構造を形成する第1工程と、前記第1の光反射構造上に活性層を含む光半導体構造を接合する工程と、前記光半導体構造上に第2の光反射構造を形成する工程と、前記光半導体構造に通電するための一対の電極を形成する工程と、を備え、前記第1工程が、基板上にパターニングされた誘電体層を形成する工程と、前記基板及び前記誘電体層の上に高屈折率層を形成する工程と、前記第1の高屈折率層を平坦化する工程と、前記第1の高屈折率層の上にマスク層を形成する工程と、前記マスク層及び前記第1の高屈折率層に一定周期で離間する開口を有する周期構造を形成する工程と、前記マスク層の上に低屈折層を形成し、かつ前記周期構造を低屈折層で埋める工程と、前記マスク層と前記低屈折層とがほぼ同一平面となるように化学機械研磨を行う工程とを含む。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施の形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術とを参酌して、適宜設計変更することができる。
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法は、第1の光反射構造を形成する第1工程と、第1の光反射構造上に活性層を含む光半導体構造を接合する工程と、光半導体構造上に第2の光反射構造を形成する工程と、光半導体構造に通電するための一対の電極を形成する工程と、を備え、第1工程が、基板上にパターニングされた誘電体層を形成する工程と、基板及び誘電体層の上に高屈折率層を形成する工程と、第1の高屈折率層を平坦化する工程と、第1の高屈折率層の上にマスク層を形成する工程と、マスク層及び第1の高屈折率層に周期構造を形成する工程と、マスク層の上に低屈折層を形成し、かつ周期構造を低屈折層で埋める工程と、マスク層と低屈折層とがほぼ同一平面となるように化学機械研磨を行う工程とを含む。まず、第1の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法より製造された半導体発光デバイスについて説明する。
第1の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法は、第1の光反射構造を形成する第1工程と、第1の光反射構造上に活性層を含む光半導体構造を接合する工程と、光半導体構造上に第2の光反射構造を形成する工程と、光半導体構造に通電するための一対の電極を形成する工程と、を備え、第1工程が、基板上にパターニングされた誘電体層を形成する工程と、基板及び誘電体層の上に高屈折率層を形成する工程と、第1の高屈折率層を平坦化する工程と、第1の高屈折率層の上にマスク層を形成する工程と、マスク層及び第1の高屈折率層に周期構造を形成する工程と、マスク層の上に低屈折層を形成し、かつ周期構造を低屈折層で埋める工程と、マスク層と低屈折層とがほぼ同一平面となるように化学機械研磨を行う工程とを含む。まず、第1の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法より製造された半導体発光デバイスについて説明する。
図1は、第1の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法により製造された半導体発光デバイス10を概略的に示す。この半導体発光デバイス10は、垂直共振器型面発光レーザ(VCSEL)デバイスである。
図1に示すように、半導体発光デバイス10は、基板11を備える。基板11は、その上に形成する、活性層(すなわち、発光層)を含む光半導体構造(半導体発光構造)の半導体と同種の半導体材料で形成された同種基板であってもよいし、上記光半導体構造の半導体とは異種の半導体材料で形成された異種基板(例えば、活性層を含む光半導体構造の半導体がIII−V族またはII−IV族化合物半導体である場合におけるシリコン基板)であってもよい。
基板11上には、誘電体層(例えばシリコン酸化物層)12を介して第1の光反射構造13が設けられている。この第1の光反射構造13は、屈折率が面内方向において周期的に変化する第1の構造体層を含む。なお、第1の光反射構造は、第1の構造体層とも称する。第1の構造体層13は、周期的に二次元配置された、屈折率が相対的に高い高屈折率領域と屈折率が相対的に低い低屈折率領域とにより構成されている。より具体的には、第1の構造体層13は、フォトニック結晶から構成することができる。すなわち、第1の構造体層13は、高屈折率の材料からなる高屈折率層を母材とし、その母材に、母材よりも屈折率の低い誘電体材料が一定の間隔をもって埋め込まれている。また、第1の構造体層13は、母材を一定の間隔を持つように形成し、母材に一定の間隔として形成した部分に、屈折率の低い誘電体材料を配置することもできる。こうすると、母材が後述する埋め込み層と接することになる。母材としては、ポリシリコンやアモルファスシリコンを、誘電体材料としてはシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸化物、ITO層、InTiOx層又はInWOx層を、それぞれ例示することができる。図1において、母材131を構成するポリシリコンやアモルファスシリコンには、複数の開口132が一定の間隔をもって穿設され、誘電体14が、ポリシリコンやアモルファスシリコン層131内の開口132を埋め込んでいる。 ここで、第1の光反射構造を構成する第1の構造体層13を囲んで、基板11と異種の半導体層(以下、異種半導体層及び埋め込み層とも称する)15が配置されている。例えば、基板11がシリコン基板である場合、半導体層15は、ポリシリコン、アモルファスシリコンなどで形成することができる。第1の構造体層13は、その表面が異種半導体層15の表面を含む面に含まれるように配置されていてもよいし、異種半導体層15に埋め込まれて配置されてもよい。あるいは、第1の構造体層13は、それに対応する凹部を基板11内に形成し、その凹部内に第1の構造体層を形成することもできる。その場合も、第1の構造体層の表面は、基板11の表面を含む面に含まれるが、該面よりも下側に位置することができる。
第1の構造体層13の表面と、埋め込み層15の表面が、ほぼ同一平面内に含まれる、いいかえると、第1の構造体層13の表面が、埋め込み層15の表面とがほぼ面一となっていると、以後詳述する構造体層13の上に形成される光半導体構造16(その裏面は平坦である)が、面一表面全面に密に接し得るので、光半導体構造16で発生する熱が基板を通じて効率よく放熱されるとともに、光半導体構造に掛かる応力が緩和され、構造体層13と光半導体構造16との接合界面での剥離が生ぜず、環境温度の変化や温度サイクルに供された場合でも、デバイスの特性が安定に維持され、高信頼性を確保することができる。
第1の構造体層13の表面を含んで異種半導体層15の上には、コンタクト層を兼ねる第1導電型の第1のクラッド層161、第1導電型の第1の光閉じ込め層162、活性層163、第2導電型の第2の光閉じ込め層164、第2導電型の第2のクラッド層165を含む光半導体構造16が設けられている。
光半導体構造16の上には、第2の光反射構造が設けられている。この第2の光反射構造は、本実施形態では、半導体多層反射膜(DBR)17を含む。
半導体多層反射膜17は、屈折率の互いに異なる半導体層171と172とを交互に積層した構造を有する。このようなDBR17は、AlGaInAsとInPとの交互積層体で構成することができる。これ以外にもAlGaAsSbとAlAsSbとの交互積層体でも構成することができる。第1のクラッド層161と第2のクラッド層165は、いずれもn型又はp型のInPで形成することが好都合である。
光半導体構造16は、電流狭窄構造を備える。電流狭窄構造は、半導体レーザの内部で拡散する無効電流を低減するために、半導体レーザ内部を通過する電流を狭窄し、活性層163を含む発光領域あるいはアパーチャを画定する。
本実施形態では、光半導体構造16の内部に、電流狭窄層18が設けられている。電流狭窄層18は、例えばプロトン注入により形成することができる。すなわち、活性層163は、注入されたイオンを含む半導体層により取り囲まれる。
上記構造において、第1のクラッド層161の一部を含み電流狭窄層18は、図1に示すように、円錐台形状または角錐台形状を得るようにメサ加工することができる。
半導体発光デバイス10は、光半導体構造16に電流を印加するための一対の電極をさらに備える。電流狭窄層18の表面の一部およびDBR17の最上層172の表面を除き、電流狭窄層の周囲および第1のクラッド層161の表面を覆って、絶縁層19が形成されている。上記一対の電極のうちの一方の電極201は、絶縁層19を介して第1のクラッド層161に接続されている。電極201は、環状であり得る。
他方の電極202は、電流狭窄層18の周囲並びに絶縁層19から露出している電流狭窄層18の一部表面およびDBR17の最上層172の表面を覆って形成されている。すなわち、DBR17の最上層172は、電極202に対するコンタクト層として機能している。電極202は、金属層で形成することができる。この金属層は、前記一対の電極のうちの他方の電極を兼ねるものであることはいうまでもないが、それに加えて、DBRを含む第2の光反射構造17の反射率をさらに高めるものである。DBR17を含む第2の光反射構造の反射率は、この金属層202をさらに設けることにより、ほぼ99.9%の反射率を達成し得る。かかる金属層202は、レーザから出射される光に応じて選択することができる。例えば出射光が可視光である場合、金属層202を銀で形成することができ、出射光が近赤外光である場合、金属層202を金、アルミニウムまたは銅で形成することができる。
このように、金属層202を第2の光反射構造の最上層として設けることにより、活性層163で発生した光を基板11側から取り出すことがより一層確実となる。
活性層163で発生した光は、上記2つの光反射構造の間を往復しながら増幅され、第1の光反射構造13を通して基板11の面に垂直方向に放出される。その場合、活性層163で発生した光が基板11を透過するためには、基板11を形成する半導体材料として、バンドギャップエネルギーが活性層を形成する半導体材料のバンドギャップエネルギーよりも大きい半導体材料を用いる。例えば、活性層をIII-V族半導体またはII−IV族化合物半導体で形成した場合、基板11をシリコンで形成することができる。
図1に示す半導体発光デバイス10においては、活性層163は、第1の光反射構造13よりも狭い、すなわち活性層163の表面積は、第1の光反射層14の表面積よりも小さい。また、DBR17は、レンズ効果を有することができる。具体的には、DBR17は、フレネルレンズ構造を有し得る。
なお、本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法について、III-V族半導体は限定されず、適宜用途に応じて選択することができる。
ここで、第1の実施形態にかかる半導体発光デバイスの製造方法を図2及び図3を用いて説明する。なお、説明の際に、便宜上、例えば第1のシリコン酸化物層や第2のシリコン酸化物層といった表記を用いる。そのため、後述する第2〜第7の実施形態でも同様に第1のシリコン酸化物層や、第2のシリコン酸化物層といった表記を用いるが、これらも便宜上第1、第2と付しているため、同一の名称であっても製造上の役割などが同じであるとは限らない。
この方法は、基板11が光半導体構造16の半導体とは異種の半導体材料で形成された異種基板である図1に示す半導体レーザデバイスを製造するための方法である。
まず、図2に示すように、シリコン基板等の異種基板11上に、第1のシリコン酸化物層121を形成する(ステップ1)。第1のシリコン酸化物層は後述する周期構造の下地となる。第1のシリコン酸化物層はステップ2でパターニングされたあと誘電体層となるため、前駆層とも称する。この前駆層となるシリコン酸化物層は、シリコン酸化物層に限るものではなく、例えば、ITO層、InTiOx層、InWOx層などを用いることもできる。
次に、前駆層121をパターニングする(ステップ2)。前駆層121のパターニングでは、フォトレジストなどをマスクとして、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより基板上に誘電体層12部分を形成する。このパターニングした誘電体層12の上に高屈折率層であるシリコン層15を形成する(ステップ3)。シリコン層15はパターニングした誘電体層12と、エッチングにより露出したシリコン基板11の両方の上に存在する。このときシリコン層15にはpoly-Si(ポリシリコン)やアモルファスシリコンなどを用いることができる。このシリコン層15は埋め込み層15と同義である。
この後、誘電体層12の上に形成したシリコン層15を平坦化する(ステップ4)。このとき、誘電体層12が露出しないようにシリコン層15を平坦化する。平坦化するには化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)を用いることができる。平坦化する際に、シリコン層15を誘電体層12が露出するまで削らずに誘電体層上に残すことで、この残した部分を後述する高屈折率差回折格子(High Contrast Grating:HCG)構造に利用することができる。
図3で示すように、平坦化されたシリコン層15の上に第2のシリコン酸化物層221と窒化シリコン層222を形成する(ステップ5)。このとき、シリコン層15の上に第2のシリコン酸化物層221が設けられ、酸化シリコン層の上に窒化シリコン層222が設けられる。この第2のシリコン酸化物層221と窒化シリコン層222は後述するステップ7で周期構造を形成するためのマスクとして用いられるため、マスク層と称する。この周期構造の形成をHCGパターニングとも称する。
次に形成されたマスク層22にHCGパターニングを行うことでマスク層22に対して、周期構造である一定周期で離間する開口1321を形成する(ステップ6)。マスク層22へのパターニングでは、マスク層22の上にフォトリソグラフィなどを用いてフォトレジストを露光することにより周期構造のレジストパターンを形成する。その後、そのレジストをマスクとして、その下のマスク層22に対して、一定周期で離間する開口1321を形成する。まずマスク層の上にフォトレジスト層を形成し、フォトリソグラフィなどを用いてフォトレジストを露光することにより周期構造のレジストパターンを形成し、そのフォトレジスト層に沿って、マスク層に対してドライエッチングを行い、第1の周期構造を形成する。
その後、さらにシリコン層15へのエッチングを行う(ステップ7)。このとき、ステップ6で形成したマスク層をマスクとして、シリコン層15に一定周期で離間する開口を形成する。こうすることで第2の周期構造を形成する。ステップ6で形成した開口1321と、ステップ7で形成した開口とは位置及び形状が一致する。そのため、ステップ6で形成した開口1321と、ステップ7で形成した開口とを合わせて開口132と称する。つまり開口とはHCGパターニングにより形成される、第1の周期構造を総称するものであり、屈折率が面内方向において周期的に変化する。また、エッチングされなかったシリコン層15は、母材131として存在する。なお、図が煩雑になるため、図3以降では母材131は図示しない。
この後、窒化シリコン層222の上に第3のシリコン酸化物層23を形成する(ステップ8)。このとき、開口132に隙間ができないように第3のシリコン酸化物層23を形成し、開口132を埋める。この第3のシリコン酸化物層23は、低屈折層であり、半導体発光デバイスとなったとき誘電体14となる。そのため、第3のシリコン酸化物層23を前誘電体23とも称す。この第3のシリコン酸化物層にもITO、InTiOx、InWOxなどを用いることができる。
第3のシリコン酸化物層23をCMPにより平坦化する(ステップ9)。平坦化することで、開口132は第3のシリコン酸化物層23が隙間なく存在し、かつ第1の構造体層13の表面と、マスク層22である窒化シリコン層222の表面は、ほぼ同一平面となる。つまり、第1の構造体層13の表面と、マスク層22はそれぞれ平坦であり、互いにほぼ面一である。この第1の構造体層13を備える半導体構造を第1の半導体構造ということとする。
このようにあらかじめ第1の光反射構造を形成することで、第1の反射構造を形成した後に、周囲をエッチング除去してシリコン層を形成してCMPにより平坦化した場合に比べて、周囲のディッシングを抑制することができ、第1の構造層13の表面と埋め込み層15の表面をウェハ全面で面一に形成することができる。そのため、第1の半導体構造の上に形成される光半導体構造を面一に、かつ全面にて密接することができる。これより、半導体構造体層13と光半導体構造との接合界面での剥離が発生を抑制し、環境温度の変化や温度サイクルに供された場合でも、デバイスの特性が安定的に維持され、高信頼性を確保することができ、半導体装置の製造時の歩留りや生産性を向上させることができる。
他方、図4aに示すように、同種基板(例えばIII−V族化合物半導体基板)30上に、屈折率の互いに異なる半導体層172と171とを交互に積層して半導体多層反射膜(DBR)17を形成する。上述のように、このようなDBR17は、AlGaInAsとInPとの交互積層体で構成することができる。その場合、後に説明する第1のクラッド層161と第2のクラッド層165は、いずれもn型又はp型InPで形成することが好都合である。DBR17の上に、第2のクラッド層165、第2の光閉じ込め層164、活性層163、第1の光閉じ込め層162、第1のクラッド層161(コンタクト層を兼ねる)を積層して、光半導体構造16を形成する。光半導体構造16は、例えばIII−V族化合物半導体で形成される。かくして、活性層を含む光半導体構造16を有する半導体構造が得られ、これを、以下、第2の半導体構造ということとする。
次に、上記第1の半導体構造と上記第2の半導体構造とを、第1の半導体構造における第1の構造体層13を含む表面と、第2の半導体構造における第1のクラッド層161とが対面するように両半導体構造を接合する。(図4b)。こうして得られた構造を、第3の半導体構造ということとする。
次に、第3の半導体構造から、機械研磨またはウエットエッチング、またはそれらの組み合わせにより、同種基板30を除去する。DBR17の表面が露出する(図5a)。
次に、電流狭窄層形成予定部以外の表面にマスク31を形成し、電流狭窄層形成予定部にイオン注入を行う。このイオン注入は、例えばプロトン注入である。このイオン注入により、DBR17を含め光半導体構造16内に電流狭窄層18が形成される(図5b)。この電流狭窄層18は、環状であり得る。
ついで、マスク31を除去した後、電流狭窄層18を、円錐台形状にメサ加工する(図5c)。
しかる後、絶縁層19、電極201および202を形成することにより、図1に示す構造の半導体発光デバイスが製造される。いうまでもなく、電流狭窄層18により画定された光半導体構造16と第2の光反射構造17および第1の光反射構造13とは、光共振器を構成する。
図2から図5を参照して説明した製造方法によれば、完成した半導体発光デバイスは、異種基板(例えばシリコン基板)11上に、III−V族化合物半導体で形成された光半導体構造16を有するものの、光半導体構造16は同種基板30上に形成しているので格子整合性が達成されており、従って、異種基板上にIII−V族化合物半導体層を成長させる場合のような格子不整合について注意を払う必要がない。言い換えると、この手法によると、ヘテロエピタキシャル成長を行う必要がない。
(変形例)
ここで本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の変形例を説明する。この変形例は先述した本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法とステップ1〜4まで共通するので、これらの部分についての説明は省略する。以降先述した製造方法と異なる部分について説明する。
ここで本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の変形例を説明する。この変形例は先述した本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法とステップ1〜4まで共通するので、これらの部分についての説明は省略する。以降先述した製造方法と異なる部分について説明する。
(変形例1)
図6に示すように、高屈折率層としてシリコン層15を形成後、その上にマスク層として窒化シリコン層222を形成する(ステップ5−A)。このようにシリコン層15の上に窒化シリコン層222を形成することで、後述するステップ6−Aで周期構造の形成を行う際に、シリコン層15を削りすぎることを防ぐことができる。
図6に示すように、高屈折率層としてシリコン層15を形成後、その上にマスク層として窒化シリコン層222を形成する(ステップ5−A)。このようにシリコン層15の上に窒化シリコン層222を形成することで、後述するステップ6−Aで周期構造の形成を行う際に、シリコン層15を削りすぎることを防ぐことができる。
次に窒化シリコン層222の上にフォトリソグラフィなどを用いてフォトレジストを露光することにより周期構造のレジストパターンを形成する。その後、そのレジストをマスクとして、その下の窒化シリコン層222に対して、一定周期で離間する開口1321を形成する(ステップ6−A)。
この後の工程、つまりステップ7〜9は第2のシリコン酸化物層221が存在しない以外は先述した第1の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法と同一である。
変形例1の製造方法をすることで、マスク層として窒化シリコン222のみを用いることで、シリコン酸化物層がある場合と比べて放熱性が向上させることができる。
(変形例2)
本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の変形例を説明する。この変形例は先述した本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法とステップ1〜2まで共通するので、これらの部分についての説明は省略する。以降本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法と異なる部分について説明する。
本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の変形例を説明する。この変形例は先述した本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法とステップ1〜2まで共通するので、これらの部分についての説明は省略する。以降本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法と異なる部分について説明する。
図7に示すように、ステップ2の後、誘電体層12の上に高屈折率層としてシリコン層151を形成する(ステップ3−B)。シリコン層151はパターニングした誘電体層12と、シリコン基板11の両方の上に存在する。ここの後、シリコン層151を平坦化する(ステップ4―B1)。この平坦化では、誘電体層12が異種基板と接している面の反対側の面とほぼ面一になるまでシリコン層151を削る。このとき、誘電体層12の上に存在するシリコン層151は、先述した第1の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の誘電体層12の上に存在するシリコン層15の厚みより薄く、第1の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の変形例1の誘電体層12の上に存在するシリコン層15の厚みより薄くなるように形成する。
次に平坦化したシリコン層151の上にさらにシリコン層152を形成する(ステップ4−B2)。このとき形成するシリコン層152の厚みは、ステップ4−B1で平坦化されたシリコン層151の厚みと合計して、第1の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法及び変形例1のシリコン層15の厚みと同じになるように形成する。このように、高屈折率層としてのシリコン層15を2段階形成することで、シリコン層15の厚みを精密に制御することが可能となる。
この後の工程ステップ5−B〜9−Bは、図8に示すが、先述した第1の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法のステップ5〜9と同一である。
(変形例3)
変形例3は変形例2のステップ4−B2まで同一である。
変形例3は変形例2のステップ4−B2まで同一である。
図9に示すように、ステップ4−B2で形成したシリコン層152の上に窒化シリコン層222を形成する(ステップ5−C)。
この後の工程ステップ6−C〜9−Cは先述した第1の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の変形例1のステップ6〜ステップ9と同一である。
変形例3の製造方法のように、マスク層として窒化シリコンのみを用いることで、シリコン酸化物層がある場合と比べて放熱性が向上させることができ、かつ、シリコン層の膜厚を精密に制御することが可能となる。
本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法は、光半導体構造16、同種基板30及びDBR17を含む構造、つまり第2の半導体構造を適宜選択して用いることができる。選択したIII−V族化合物半導体の構造に合わせて、本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法を変更することができる。ここではその例を4つ述べるが、これらに限定されない。
図10aは、第1の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法により製造された半導体発光デバイスである。図10aに示す半導体発光デバイス40は、第1の構造体層13の上に、透明電極層41を有し、この透明電極41を囲包して金属層42が設けられている以外は、図1に示す半導体発光デバイス10と同じ構造を有する。透明電極層41は、インジウムチタン酸化物(InTiO)、インジウムスズ酸化物(ITO)等で形成することができる。また、金属層42は、タングステン等で形成することができる。透明電極41を設け、その周囲に金属層を形成することにより、一対の電極201および202間を流れる電流の経路ともなり得る。
図10bは、第1の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法により製造された半導体発光デバイスある。図6bに示す半導体発光デバイス50は、第1の構造体13の領域に対応する基板11内の領域を囲包するように、溝51が設けられ、その溝51内に放熱性の金属52が埋設されている以外は、図1に示す半導体発光デバイス10と同じ構造を有する。金属52としては、例えば銅を用いることができる。基板11内に埋設された放熱性金属52により、半導体発光デバイス50の放熱性が向上する。また、埋設金属52は、一対の電極201および202間を流れる電流の経路ともなり得る。埋設金属52の表面は、第1の構造体層13の表面と面一である。
このような埋設金属52を有する半導体発光デバイス50の製造方法を説明する。まず、図2及び図3で説明したように基板11上に第1の構造体層13を形成した後、エッチングにより基板11内に金属埋設用の溝51を設ける。
しかる後、この溝51内に、放熱性金属51を形成させ、その表面をCMPにより第1の光反射構造13の表面と面一となるように平坦化して、前記第1の半導体構造に相当する半導体構造を提供する。この工程以降は、図4及び図5に関して説明した手法により、半導体発光デバイス50を製造することができる。
図10cは、第1の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法により製造された半導体発光デバイスである。図10cに示す半導体発光デバイス60は、基板11と、第1の光反射構造(第1の構造体層)13(およびその下の誘電体層12)との間に形成された第1の熱伝導性誘電体層61、および第1の光反射構造13と光半導体構造16との間に形成された第2の熱伝導性誘電体層62をさらに含む以外は、図1に示す半導体発光デバイス10と同じ構造を有する。熱伝導性誘電体としては、窒化アルミニウムを用いることができる。
図10cに示す半導体発光デバイス60において、第1の構造体層13(および埋め込み層15)と第2の熱伝導性誘電体層62との間に誘電体層(例えばシリコン酸化物層)63が介挿されているが、この誘電体層63は、前記第1の半導体構造に相当する半導体構造と、前記第2の半導体構造に相当する半導体構造を接合するためのものである。すなわち、図7に示す半導体発光デバイス60を製造するに際し、前記第1の半導体構造に相当する半導体構造の最上層は、第1の構造体層13(および埋め込み層15)上に形成された誘電体層であり、前記第2の半導体構造に相当する半導体構造の最上層は、第2の熱伝導性誘電体層62上に形成された誘電体層12である。両半導体構造における最上層(誘電体層12)同士を接合する。
図11は、第1の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法により製造された半導体発光デバイスである。図7に示す半導体発光デバイス70は、第1の構造体層13上にワイヤグリッド電極71が設けられ、そのワイヤグリッド電極71およびその下の第1の構造体層13を囲包するようにワイヤグリッド電極71を形成する金属のシリサイド層72が設けられている以外は、図1に示す半導体発光デバイスと実質的に同じ構造を有する。ワイヤグリッド電極71は例えばタングステンで形成することができる。半導体発光デバイス70において、第1の反射層は、(第1の構造体層13に加えて)、金属グリッド電極71を有する。金属グリッド電極71の表面は、金属シリサイド層(埋め込み層)72の表面と面一である。
図11に示す半導体発光デバイス70の製造方法は、まず、図3のステップ8までを行う。この後、第3のシリコン酸化物層23をCMPにより平坦化し、その第3のシリコン酸化物層23にワイヤグリッド電極用のパターニングを施し、誘電体層1214内にワイヤグリッド電極形成用金属を埋設するための凹部141を、マスクを介したエッチングにより設ける。
ついで、第1の構造体層13に対応する部分を除き、アモルファスシリコン層131の部分およびその上の誘電体層1214の部分を順次エッチングにより除去して、第3のシリコン酸化物層表面を部分的に露出させる。
しかる後、第1の構造体層13上に残存する誘電体層1214およびその中に形成された凹部141内、並びに露出した第3のシリコン酸化物層上にグリッド電極用金属82を形成させ、これを残存する誘電体層1214の表面までCMPで平坦化した後、凹部が金属82により埋め込まれた残存誘電体層1214および第3のシリコン酸化物層上の金属層82上にアモルファスシリコン層83を形成する。
ついで、熱処理を行って、金属82とアモルファスシリコン83を反応させて金属82をシリサイド化して、金属シリサイド層72を形成する。その後、シリサイド化に寄与しなかったシリコンを除去する。
こうして、上記第1の半導体構造に相当する半導体構造を作製した後は、図4及び図5に関して説明した手法により、半導体発光デバイス70を製造することができる。
なお、VCSELデバイスの第2の光反射構造には、DBRの代わりに、屈折率が面内方向において周期的に変化する構造体層を含んでいてもよい。
ここで、上記活性層を含む光半導体構造を構成するIII−V族化合物半導体の例を以下に挙げる:
<InP系(その1)>
活性層:Inの組成比が異なるInGaAsP/InGaAsPの多重量子井戸構造
第1および第2の光閉じ込め層:InGaAsPまたはInP
第1および第2のクラッド層:InGaAsPまたはInP
第1および第2のコンタクト層:InPまたはInGaAs
発光波長帯:1.2〜1.7μm。
活性層:Inの組成比が異なるInGaAsP/InGaAsPの多重量子井戸構造
第1および第2の光閉じ込め層:InGaAsPまたはInP
第1および第2のクラッド層:InGaAsPまたはInP
第1および第2のコンタクト層:InPまたはInGaAs
発光波長帯:1.2〜1.7μm。
<InP系(その2)>
活性層:Inの組成比が異なるInGaAlAs/InGaAlAsの多重量子井戸構造
第1および第2の光閉じ込め層:InGaAlAsまたはInGaAsPまたはInP
第1および第2のクラッド層:InGaAlAsまたはInP
第1および第2のコンタクト層:InPまたはInGaAs
発光波長帯:1.3μm。
活性層:Inの組成比が異なるInGaAlAs/InGaAlAsの多重量子井戸構造
第1および第2の光閉じ込め層:InGaAlAsまたはInGaAsPまたはInP
第1および第2のクラッド層:InGaAlAsまたはInP
第1および第2のコンタクト層:InPまたはInGaAs
発光波長帯:1.3μm。
<GaAs系(その1)>
発光層:InGaAs/GaAsの多重量子井戸構造
第1および第2の光閉じ込め層:AlGaAsまたはGaAs
第1および第2のクラッド層:AlGaAsまたはGaAs
第1および第2のコンタクト層:GaAs
発光波長帯:0.9〜1.15μm。
発光層:InGaAs/GaAsの多重量子井戸構造
第1および第2の光閉じ込め層:AlGaAsまたはGaAs
第1および第2のクラッド層:AlGaAsまたはGaAs
第1および第2のコンタクト層:GaAs
発光波長帯:0.9〜1.15μm。
<GaAs系(その2)>
活性層:AlGaAs/GaAsの多重量子井戸構造
第1および第2の光閉じ込め層:AlGaAsまたはGaAs
第1および第2のクラッド層:AlGaAsまたはGaAs
第1および第2のコンタクト層:GaAs
発光波長帯:0.62〜0.87μm。
活性層:AlGaAs/GaAsの多重量子井戸構造
第1および第2の光閉じ込め層:AlGaAsまたはGaAs
第1および第2のクラッド層:AlGaAsまたはGaAs
第1および第2のコンタクト層:GaAs
発光波長帯:0.62〜0.87μm。
<GaAs系(その3)>
活性層:AlGaInP/GaAsの多重量子井戸構造
第1および第2の光閉じ込め層:AlGaInPまたはAlGaAsまたはGaAs
第1および第2のクラッド層:AlGaInPまたはGaAs
第1および第2のコンタクト層:GaAs
発光波長帯:0.54〜0.7μm。
活性層:AlGaInP/GaAsの多重量子井戸構造
第1および第2の光閉じ込め層:AlGaInPまたはAlGaAsまたはGaAs
第1および第2のクラッド層:AlGaInPまたはGaAs
第1および第2のコンタクト層:GaAs
発光波長帯:0.54〜0.7μm。
<GaN系>
活性層:InGaN/AlGaNの多重量子井戸構造
第1および第2の光閉じ込め層:AlGaNまたはGaN
第1および第2のクラッド層:AlGaNまたはGaN
第1および第2のコンタクト層:GaNまたはInGaN
発光波長帯:0.3〜0.6μm。
活性層:InGaN/AlGaNの多重量子井戸構造
第1および第2の光閉じ込め層:AlGaNまたはGaN
第1および第2のクラッド層:AlGaNまたはGaN
第1および第2のコンタクト層:GaNまたはInGaN
発光波長帯:0.3〜0.6μm。
光半導体構造は、ZnSe系、例えばCdZnSSe等のII−VI族化合物半導体で形成することもできる。
また、電極を形成する金属材料の例を以下に示す。
<InP系光半導体構造の場合>
p−電極:Ti/Pt/Auの3層構造、An/Auの2層構造等
n−電極:Ti/Pt/Auの3層構造等。
p−電極:Ti/Pt/Auの3層構造、An/Auの2層構造等
n−電極:Ti/Pt/Auの3層構造等。
<GaAs系光半導体構造の場合>
p−電極:Ti/Pt/Auの3層構造等
n−電極:AuGe/Ni/Auの3層構造等。
p−電極:Ti/Pt/Auの3層構造等
n−電極:AuGe/Ni/Auの3層構造等。
また、アモルファスシリコン層931の厚さは、例えば、0.2μm〜0.5μmであり、アモルファスシリコン層971aの厚さは、例えば、0.2μm〜0.5μmである。
光半導体構造95を構成する第1および第2のコンタクト層951および957の厚さは、それぞれ、例えば、0.2μm〜1.5μmであり、第1および第2のクラッド層952および956の厚さは、それぞれ、例えば、0.1μm〜0.5μmであり、第1および第2の光閉じ込め層953および955の厚さは、それぞれ、例えば、0.05μm〜0.2μmであり、活性層954の厚さは、例えば、0.05μm〜0.2μmである。そして、電流狭窄層99により画定されるアパーチャの直径は、例えば、5μm〜20μmである。
ところで、本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の第1の反射構造の製造方法は、半導体受光デバイスの第1の光拡散構造にも適用することができる。そのため、図2から図5に関して説明した第1の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法に準じて、同一基板(共通基板)上に、半導体発光デバイスに加えて、半導体受光デバイスを同時に製造することができる。このような半導体発光デバイスと半導体受光デバイスとが同一基板上に形成された光半導体デバイスの製造方法の一例を以下に説明する。
すなわち、図12に示す基板11と同様の異種基板(例えばシリコン基板)2011上に、図2及び図3に関して説明した手法に準じて、発光デバイスの第1の(屈折率が周期的に変化する)構造体層2013aと、これと離間した受光デバイスの下側の(屈折率が周期的に変化する)構造体層2013bとを形成する。両構造体層2013aおよび2013bは、それぞれ、誘電体層2012aおよび2012bの上に形成されており、誘電体層122012aと構造体層2013aとの積層体、および誘電体層2012bと構造体層2013bとの積層体は、埋め込み層(例えばアモルファスシリコン層、シリコン酸化物層、窒化シリコン層222)2015により囲包されている。いうまでもなく、構造体層2013aおよび2013bにおいて、埋め込み層からなる高屈折率領域と埋め込み層内に設けられた開口内に埋め込まれた誘電体層2014a、2014bからなる低屈折率領域が周期的に二次元配置されている。受光デバイスの第1の構造体2013bには、発光デバイスからの光が入射される。こうして得られた半導体構造を第1の半導体構造ということとする。
次に、図4aに関して説明した手法に準じて、同種基板(例えばIII−V族化合物半導体基板)3000上に、屈折率の互いに異なる半導体層3172と3171とを交互に積層して半導体多層反射膜(DBR)3170を形成する。そして、DBR3170の上に、第2のクラッド層3165、第2の光閉じ込め層3164、活性層3163、第1の光閉じ込め層3162、第1のクラッド層(コンタクト層を兼ねる)3161を積層して、光半導体構造3160を形成して、活性層を含む光半導体構造3160を有する半導体構造(第2の半導体構造)を得る。次に、上記第1の半導体構造と上記第2の半導体構造とを、第1の半導体構造における第1の構造体層2013aおよび2013bを含む表面と、第2の半導体構造における第1のクラッド層3161とが対面するように両半導体構造を接合する。第1のクラッド層3161がInPで形成されていると、埋め込み層2015との直接接合が可能である。こうして得られた構造を、第3の半導体構造ということとする。
次に、第3の半導体構造から、機械研磨またはウエットエッチング、またはそれらの組み合わせにより、同種基板3000を除去して、DBR3170(最上層3172)の表面を露出させる。ついで、発光デバイスにおける光半導体構造3160中の電流狭窄層形成予定部以外の表面にマスク3001を形成し、電流狭窄層形成予定部にイオン注入を行う。このイオン注入は、例えばプロトン注入である。このイオン注入により、発光デバイス領域におけるDBR3170を含め光半導体構造3160内に電流狭窄層3018が形成される。この電流狭窄層3018は、環状であり得る。
ついで、図5cに関して説明した手法に準じて、マスク3001を除去した後、第1のクラッド層3161の一部を含み電流狭窄層3018と、受光デバイスの光半導体構造およびDBRとを、それぞれ円錐台形状にメサ加工し、さらに第1のクラッド層3161を発光デバイスと受光デバイスとを分離するように、分離する。こうして、第1のクラッド層3161が受光デバイスにおける第1のクラッド層3161aと受光デバイスにおける第1のクラッド層3161bに分離されるとともに、第1の光閉じ込め層3162、活性層3163、第2の光閉じ込め層3164および第2のクラッド層3165を含む光半導体構造3160、並びに屈折率の異なる半導体層3171と3172との積層体からなるDBR3170も、発光デバイスにおける第1の光閉じ込め層3162a、活性層3163a、第2の光閉じ込め層3164aおよび第2のクラッド層3165aを含む光半導体構造3160a、並びに屈折率の異なる半導体層3171aと3172aとの積層体からなるDBR3170aと、受光デバイスにおける第1の光閉じ込め層3162b、活性層3163b、第2の光閉じ込め層3164bおよび第2のクラッド層3165bを含む光半導体構造3160b、並びに屈折率の異なる半導体層3171bと3172bとの積層体からなるDBR3170bとに分離される。
最後に、図5cに関して説明した手法に準じて、発光デバイス構造および受光デバイス構造にそれぞれ絶縁膜2019aおよび2019bを形成し、それぞれ電極2201aおよび2022a並びに電極2201bおよび2202bを形成する。こうして、半導体発光デバイス(レーザダイオード)LDおよび半導体受光デバイス(フォトダイオード)PDを同一基板上に設けた光半導体デバイスが製造される。
以上の説明からわかるように、半導体発光デバイスLDは、図1に関して説明した半導体発光デバイス10と同じ構造を有する。そして、半導体発光デバイスLDにおける光半導体構造3160aと、半導体受光デバイスPDにおける光半導体構造3160bとは、層構成と構成材料が同じである。同様に、半導体発光デバイスLDにおけるDBR3170aと、半導体受光デバイスにおけるDBR3170bとも、層構成と構成材料が同じである。また、第1の構造体層2013aおよび2013bを構成する母材と誘電体材料も、同じであるが、屈折率が変化する周期は異なっていてもよい。
半導体発光デバイスにおける光半導体構造と、半導体受光デバイスにおける光半導体構造とは、同一の層構造を有し、同一の半導体材料で形成されてもよい。
また、先述したように、第1の半導体構造の上部に形成される第2の光反射構造を有するIII−V族化合物半導体の構造は、半導体デバイスの用途に合わせて適宜選択され、限定されない。
以上説明した実施形態において、活性層を有する光半導体構造が備える電流狭窄構造は、光半導体構造内にイオン注入により形成した電流狭窄層により提供されるものであったが、電流狭窄構造は、これに限らない。例えば、酸化により光半導体構造内に電流狭窄層を設けることができる。例えば光閉じ込め層とクラッド層との間に酸化用の層(GaAs系発光デバイスの場合、例えば、AlGaAs層;InP系発光デバイスの場合、例えばInAlAs;厚さはそれぞれ例えば50nm〜100nm)を介挿し、これを水蒸気酸化により酸化させて電流狭窄層を形成することができる。あるいは、電流狭窄構造は、ハイメサ構造に加工した光半導体構造(およびDBR)を囲包して半絶縁性半導体層(GaAs系発光デバイスの場合、例えばアンドープGaAs;InP系発光デバイスの場合、FeドープInPまたはRuドープInP)を形成することによって提供することができる。さらに、電流狭窄構造は、ハイメサ構造に加工した光半導体構造(およびDBR)を囲包して、絶縁性ポリマー(例えば、ポリイミド)を形成することによって提供することができる。さらには、電流狭窄構造は、光半導体構造(およびDBR)を単にハイメサ構造に加工する(メサ幅を例えば直径2〜10μmとする)ことによっても提供することができる。
本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法は、第1の光反射構造を形成する第1工程と、第1の光反射構造上に活性層を含む光半導体構造を接合する工程と、光半導体構造上に第2の光反射構造を形成する工程と、光半導体構造に通電するための一対の電極を形成する工程と、を備え、第1工程が、基板上にパターニングされた誘電体層を形成する工程と、基板及び誘電体層の上に高屈折率層を形成する工程と、第1の高屈折率層を平坦化する工程と、第1の高屈折率層の上にマスク層を形成する工程と、マスク層及び第1の高屈折率層に一定周期で離間する開口を有する周期構造を形成する工程と、マスク層の上に低屈折層を形成し、かつ周期構造を低屈折層で埋める工程と、マスク層と低屈折層とがほぼ同一平面となるように化学機械研磨を行う工程とを含む。この製造方法を行うことで、第1の半導体構造の上に形成される光半導体構造を面一に、かつ全面にて密接することができる。これより、半導体構造体層13と光半導体構造との接合界面での剥離が発生を抑制することができ、デバイスが温度変化にさらされたとしても、デバイスの安定性が向上し、半導体装置の製造時の歩留りや生産性を向上させることができる。
(第2の実施形態)
本実施形態について、第1の実施形態で説明した半導体発光デバイスの製造方法及び材料について同一の部分は省略する。
本実施形態について、第1の実施形態で説明した半導体発光デバイスの製造方法及び材料について同一の部分は省略する。
本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法により製造された半導体発光デバイスは、基板11上には、誘電体層(例えばシリコン酸化物層)12を介して第1の光反射構造13が設けられている。この第1の光反射構造13は、屈折率が面内方向において周期的に変化する第1の構造体層を含む。第1の構造体層13は、周期的に二次元配置された、屈折率が相対的に高い高屈折率領域と屈折率が相対的に低い低屈折率領域とにより構成されている。より具体的には、第1の構造体層13は、フォトニック結晶から構成することができる。すなわち、第1の構造体層13は、高屈折率の材料からなる高屈折率層を母材とし、その母材に、母材よりも屈折率の低い誘電体材料が一定の間隔をもって埋め込まれている。また、第1の構造体層13は、母材を一定の間隔を持つように形成し、母材に一定の間隔として形成した部分に、屈折率の低い誘電体材料を配置することもできる。こうすると、母材が埋め込み層と接することになる。母材としては、ポリシリコンやアモルファスシリコンを、誘電体材料としてはシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸化物、ITO層、InTiOx層又はInWOx層を、それぞれ例示することができる。図1において、母材131を構成するポリシリコンやアモルファスシリコンには、複数の開口132が一定の間隔をもって穿設され、誘電体14が、開口部132を埋め込んでいる。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、基板11が光半導体構造16の半導体とは異種の半導体材料で形成された異種基板である図1に示す半導体レーザデバイスを製造するための方法の一例である。
まず、図13に示すように、シリコン基板等の異種基板11上に、前駆層121を形成する(ステップ1)。
次に、前駆層121をパターニングし、誘電体層12を形成する(ステップ2)。パターニングされた誘電体層12の上に高屈折率層としてシリコン層15を形成する(ステップ3)。シリコン層15はパターニングした誘電体層12と、シリコン基板11の両方の上に存在する。このときシリコン層15にはpoly-Si(ポリシリコン)やアモルファスシリコンなどを用いることができる。このシリコン層15は埋め込み層15と同義である。
次に誘電体層12の異種基板に接している面の反対側の面が露出するまでシリコン層15を削り、平坦化する(ステップ4)。つまり、誘電体層12の異種基板に接している面の反対側の面とシリコン層15とは面一である。
この後、ステップ4で面一にされた誘電体層12とシリコン層15の上に、高屈折層としてアモルファスシリコン層24を形成する(ステップ5)。この際、アモルファスシリコン層の表面はステップ4で面一にされた誘電体層12とシリコン層15の表面に対して平行になるように形成する。なお、第2のシリコン層24は埋め込み層とも称すことができる。
図14で示すように、ステップ5で形成したアモルファスシリコン層24の上に第2のシリコン酸化物層221と窒化シリコン層222を形成する(ステップ6)。このとき、アモルファスシリコン層24の上に第2のシリコン酸化物層221が設けられ、第2のシリコン酸化物層221の上に窒化シリコン層222が設けられる。この第2のシリコン酸化物層221と窒化シリコン層222は後述するステップ7でマスクとして用いられるため、マスク層22と称する。
次に形成されたマスク層22にHCGパターニングを行うことにより、マスク層22に対して、一定周期で離間する開口1321を有する周期構造を形成する(ステップ7)。
HCGパターニングを行った後、さらにアモルファスシリコン層24へのエッチングを行う(ステップ8)。ステップ7でHCGパターニングした第2のシリコン酸化物層221及び窒化シリコン層222をマスクとして、一定周期で離間する開口1321を有する周期構造と同じ一定周期で離間する開口を有する周期構造を形成する。こうすることで、アモルファスシリコン層に一定周期で離間する開口を形成する。ステップ7で形成した開口1321と、ステップ8で形成した開口とは位置及び形状が一致し、開口132を設けることができる。開口132があることで、第1の周期構造を形成することができる。第1の周期構造では屈折率が面内方向において周期的に変化する。また、エッチングされなかったアモルファスシリコン層24は、母材131として存在する。なお、母材としてポリシリコンを存在させるようにしてもよい。
この後、窒化シリコン層222の上から低屈折層として第3のシリコン酸化物層23を形成する(ステップ9)。このとき、開口132に隙間ができないように第3のシリコン酸化物層23し、開口132を埋める。ステップ10の後第3のシリコン酸化物層23は誘電体14となるため、前誘電体23とも称する。
ステップ9の後第3のシリコン酸化物層23をCMPにより平坦化する(ステップ10)。平坦化することで、開口132は第3のシリコン酸化物層23に隙間なく埋められ、開口132に存在する第3のシリコン酸化物層23は誘電体14となる。さらに第1の構造体層13の表面と、埋め込み層15の表面は、それぞれ平坦であり、互いにほぼ面一である。
(変形例)
ここで本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の変形例を説明する。この変形例は先述した製造方法のステップ1〜5まで共通するので、これらの部分についての説明は省略する。以降先述した製造方法と異なる部分について説明する。
ここで本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の変形例を説明する。この変形例は先述した製造方法のステップ1〜5まで共通するので、これらの部分についての説明は省略する。以降先述した製造方法と異なる部分について説明する。
図15に示すように、アモルファスシリコン層24を形成し、その上にマスク層22として窒化シリコン層222を形成する(ステップ6−A)。このようにアモルファスシリコン層24の上に窒化シリコン層222を形成することで、後述するステップ7−AでのHCGパターニングを行う際に、アモルファスシリコン層24を削りすぎることを防ぐことができる。
次に窒化シリコン層222にHCGパターニングを行うことで窒化シリコン層222に対して、一定周期で離間する開口1321を形成する(ステップ7−A)。
この後の工程、つまりステップ8ーA〜10ーAは第2のシリコン酸化物層が存在しない以外は先述した第2の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法のステップ8〜10と同一である。
第2の光反射構造を含む半導体層については、第1の実施形態で説明した半導体層を用いることができるため、説明は省略する。
第2の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の第1の反射構造の製造方法は、半導体受光デバイスの第1の光拡散構造にも適用することができる。
本実施形態に係る製造方法は、第1の高屈折率層を平坦化する工程は、第1の高屈折率層を平坦化するとともに誘電体層を露出させ、第1の高屈折率層及び誘電体層の上に第2の高屈折層を形成する工程と、を含み、さらに、第1の高屈折率層の上にマスク層を形成する工程及びマスク層及び第1の高屈折率層に一定周期で離間する開口を有する周期構造を形成する工程の替わりに、第2の高屈折率層の上にマスク層を形成する工程及びマスク層及び第2の高屈折層に一定周期で離間する開口を有する周期構造を形成する工程と、を含む。このような製造方法を行うことで、周囲埋め込み層の材質とHCG構造の材質を適宜選択することができる。
さらに第1の半導体構造の上に形成される光半導体構造を面一に、かつ全面にて密接することができる。これより、半導体構造体層13と光半導体構造との接合界面での剥離が発生を抑制することができ、デバイスが温度変化にさらされたとしても、デバイスの安定性が向上し、半導体装置の製造時の歩留りや生産性を向上させることができる。
(第3の実施形態)
本実施形態について、第1及び第2の実施形態で説明した半導体発光デバイスの製造方法及び材料について同一の部分は省略する。
本実施形態について、第1及び第2の実施形態で説明した半導体発光デバイスの製造方法及び材料について同一の部分は省略する。
基板11上には、誘電体層(例えばシリコン酸化物層)12を介して第1の光反射構造13が設けられている。この第1の光反射構造13は、屈折率が面内方向において周期的に変化する第1の構造体層を含む。第1の構造体層13は、周期的に二次元配置された、屈折率が相対的に高い高屈折率領域と屈折率が相対的に低い低屈折率領域とにより構成されている。より具体的には、第1の構造体層13は、フォトニック結晶から構成することができる。すなわち、第1の構造体層13は、高屈折率の材料からなる高屈折率層を母材とし、その母材に、母材よりも屈折率の低い誘電体材料が一定の間隔をもって埋め込まれている。また、第1の構造体層13は、母材を一定の間隔を持つように形成し、母材に一定の間隔として形成した部分に、屈折率の低い誘電体材料を配置することもできる。こうすると、母材が埋め込み層と接することになる。母材としては、ポリシリコンやアモルファスシリコンを、誘電体材料としてはシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸化物、ITO層、InTiOx層又はInWOx層を、それぞれ例示することができる。図1において、母材131を構成するポリシリコンやアモルファスシリコンには、複数の開口132が一定の間隔をもって穿設され、誘電体14が開口部を埋め込んでいる。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、基板11が光半導体構造16の半導体とは異種の半導体材料で形成された異種基板である図1に示す半導体レーザデバイスを製造するための方法の一例である。
まず、図16に示すように、シリコン基板等の基板11上に、低屈折層として第1のシリコン酸化物層25を形成する(ステップ1)。
次に、第1のシリコン酸化物層25をパターニングする(ステップ2)。本実施形態では、第1の実施形態及び第2の実施形態とは異なり、第1の実施形態及び第2の実施形態で誘電体層12として残る部分(以後、誘電体層部26)を除去する。こうすることで、後述するステップ3で基板11をエッチングする際に、誘電体層部以外がエッチングされないようにすることができる。つまり、ステップ2で行うパターニングはステップ3のためのマスク層の形成である。
この後、異種基板11の誘電体層部26をエッチングし除去する(ステップ3)。このエッチングの際、異種基板をエッチングしすぎないように注意する。例えば、異種基板11を深さ方向に400nmエッチングし除去する。
ステップ3の後、異種基板11と第1のシリコン酸化物層25の全体を覆うように、さらに第2のシリコン酸化物層(例えばシリコン酸化物層)121を形成する(ステップ4)。このとき、誘電体層部が第2のシリコン酸化物層121で隙間なく埋まるように形成する。第2のシリコン酸化物層はステップ5のあと誘電体層となるため、前駆層とも称する。
ステップ4で形成した第2のシリコン酸化物層121を平坦化し、異種基板11が露出するように第1のシリコン酸化物層25及び第2のシリコン酸化物層121を削る(ステップ5)。このとき、異種基板11の露出面と誘電体層部に存在する第2のシリコン酸化物層121の露出面はほぼ同一になるように平坦化する。この平坦化では、例えばCMPを用いることができる。この平坦化により、第2のシリコン酸化物層121は誘電体層12となる。
異種基板11及び誘電体層12の上に高屈折率層としてアモルファスシリコン層24を形成する(ステップ6)。このとき、アモルファスシリコン層24が平坦になるように形成する。なお、第2のシリコン層24は埋め込み層とも称すことができる。
図17で示すように、ステップ6で形成したアモルファスシリコン層24の上に第3のシリコン酸化物層221と窒化シリコン層222を形成する(ステップ7)。このとき、アモルファスシリコン層24の上に第3のシリコン酸化物層221が設けられ、第3のシリコン酸化物層221の上に窒化シリコン層222が設けられる。この第3のシリコン酸化物層221と窒化シリコン層222は後述するステップ8で周期構造を形成するためのマスクとして用いられるため、マスク層22と称する。
次に、ステップ7で形成された第3のシリコン酸化物層221及び窒化シリコン層222の上に、フォトリソグラフィなどを用いてフォトレジストを露光することにより周期構造のレジストパターンを形成する。その後、そのレジストをマスクとして、その下の第3のシリコン酸化物層221及び窒化シリコン層222に対してドライエッチングを行うことにより、一定周期で離間する開口1321を形成する(ステップ8)。
HCGパターニングを行った後、さらにアモルファスシリコン層24へのエッチングを行い、シリコン層、第3のシリコン酸化物層221と窒化シリコン層222に対して、一定周期で離間する開口132を形成する(ステップ9)。ステップ8で形成した開口と、ステップ9で形成した開口とは位置及び形状が一致し、132を設けることができる。また、エッチングされなかったアモルファスシリコン層24は、母材131として存在する。なお、母材としてポリシリコンを存在させるようにしてもよい。こうして、マスク層22と高屈折層24に一定周期で離間する開口を有する周期構造を形成する。
この後、と窒化シリコン層222の上に第4のシリコン酸化物層23を形成する(ステップ10)。このとき、開口132の部分に隙間ができないように第4のシリコン酸化物層23を形成し、開口132を埋める。ステップ11の後第4のシリコン酸化物層23は誘電体となるため、前誘電体23とも称する。
ステップ10の後、第4のシリコン酸化物層23をCMPにより平坦化する(ステップ11)。平坦化することで、開口132は第4のシリコン酸化物層23が隙間なく存在し、開口132は第4のシリコン酸化物層23に隙間なく埋められ、開口132に存在する第4のシリコン酸化物層23は誘電体14となる。さらに第1の構造体層13の表面と、マスク層22の表面は、それぞれ平坦であり、互いにほぼ面一である。
(変形例)
ここで本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の変形例を説明する。以降先述した製造方法と異なる部分について説明する。
ここで本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の変形例を説明する。以降先述した製造方法と異なる部分について説明する。
(変形例1)
変形例1は第3の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法のステップ6まで共通する。
変形例1は第3の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法のステップ6まで共通する。
図18に示すように、ステップ6でアモルファスシリコン層24を形成後、さらに窒化シリコン222を形成する(ステップ7−A)。このようにアモルファスシリコン層24の上に窒化シリコン222を形成することで、後述するステップ8−AでのHCGパターニングを行う際に、アモルファスシリコン層24を削りすぎることを防ぐことができる。
ステップ7−Aで形成した窒化シリコン層222の上にフォトリソグラフィなどを用いてフォトレジストを露光することにより周期構造のレジストパターンを形成する。その後、そのレジストをマスクとして、その下の窒化シリコン層222に対してドライエッチングを行うことにより、一定周期で離間する開口132を形成する(ステップ8ーA)。
この後の工程、つまりステップ8〜10は先述した第3の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法と同一である。なお、変形例1でのステップ8ーA〜10−Aではシリコン酸化物層221は存在しない。
(変形例2)
変形例2は先述した第3の実施形態に係る製造方法とステップ3〜6まで共通するので、これらの部分についての説明は省略する。
変形例2は先述した第3の実施形態に係る製造方法とステップ3〜6まで共通するので、これらの部分についての説明は省略する。
図19に示すように、まず、異種基板の上にフォトレジスト層27を形成する(ステップ1―B)。このとき用いることができるフォトレジストは適宜選択することができる。
次に、誘電体層部26に存在するフォトレジスト層27をパターニングし除去する(ステップ2―B)。このパターニングではフォトレジストなどをマスクとして、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより基板11の上に誘電体層部26を形成する。
この後のステップ3〜11についてはステップ5でフォトレジスト層27を除去する以外第3の実施形態のステップ3〜11と共通するため省略する。
(変形例3)
変形例3は変形例2のステップ6まで共通し、ステップ7からは変形例1のステップ7−A以降は共通である。
変形例3は変形例2のステップ6まで共通し、ステップ7からは変形例1のステップ7−A以降は共通である。
第2の光反射構造を含む半導体層については、第1の実施形態で説明した半導体層を用いることができるため、説明は省略する。
第3の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の第1の反射構造の製造方法は、半導体受光デバイスの第1の光拡散構造にも適用することができる。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第1の光反射構造を形成する第1工程と、第1の光反射構造上に活性層を含む光半導体構造を接合する工程と、光半導体構造上に第2の光反射構造を形成する工程と、光半導体構造に通電するための一対の電極を形成する工程と、を備え、第1工程が、基板上に第1の低屈折層を形成し、低屈折層をパターニングする工程と、基板をパターニングする工程と、基板及び第1の低屈折層の上に前駆層を形成する工程と、前駆層を平坦化することで誘電体層を形成し、かつ基板を露出させ誘電体層と基板がほぼ同一平面を形成する工程と、基板及び誘電体層の上に高屈折率層を形成する工程と、高屈折率層の上にマスク層を形成する工程と、マスク層及び高屈折率層に一定周期で離間する開口を有する周期構造を形成する工程と、マスク層の上に第2の低屈折層を形成し、周期構造を第2の低屈折層で埋める工程と、マスク層と第2の低屈折層とがほぼ同一平面となるように化学機械研磨を行う工程とを含む。この製造方法を行うことで、第1の光反射構造の周囲をシリコン基板そのものにできるので、第1の光反射構造を安定化させることができる。
さらに第1の半導体構造の上に形成される光半導体構造を面一に、かつ全面にて密接することができる。これより、半導体構造体層13と光半導体構造との接合界面での剥離が発生を抑制することができ、デバイスが温度変化にさらされたとしても、デバイスの安定性が向上し、半導体装置の製造時の歩留りや生産性を向上させることができる。
(第4の実施形態)
本実施形態について、第1ないし第3の実施形態で説明した半導体発光デバイスの製造方法及び材料について同一の部分は省略する。
本実施形態について、第1ないし第3の実施形態で説明した半導体発光デバイスの製造方法及び材料について同一の部分は省略する。
基板11上には、誘電体層(例えばシリコン酸化物層)12を介して第1の光反射構造13が設けられている。この第1の光反射構造13は、屈折率が面内方向において周期的に変化する第1の構造体層を含む。第1の構造体層13は、周期的に二次元配置された、屈折率が相対的に高い高屈折率領域と屈折率が相対的に低い低屈折率領域とにより構成されている。より具体的には、第1の構造体層13は、フォトニック結晶から構成することができる。すなわち、第1の構造体層13は、高屈折率の材料からなる高屈折率層を母材とし、その母材に、母材よりも屈折率の低い誘電体材料が一定の間隔をもって埋め込まれている。また、第1の構造体層13は、母材を一定の間隔を持つように形成し、母材に一定の間隔として形成した部分に、屈折率の低い誘電体材料を配置することもできる。こうすると、母材が埋め込み層と接することになる。母材としては、アモルファスシリコンを、誘電体材料としてはシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸化物、ITO層、InTiOx層又はInWOx層を、それぞれ例示することができる。図1において、母材131を構成するポリシリコンやアモルファスシリコンには、複数の開口132が一定の間隔をもって穿設され、誘電体14が開口132を埋め込んでいる。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、基板11が光半導体構造16の半導体とは異種の半導体材料で形成された異種基板である図1に示す半導体レーザデバイスを製造するための方法の一例である。
まず、図20に示すように、シリコン基板等の異種基板11上に、低屈折層として第1の窒化シリコン層28を形成する(ステップ1)。
次に、第1の窒化シリコン層28をパターニングする(ステップ2)。本実施形態では、半導体発光装置の誘電体層部26に相当する部分に存在する第1の窒化シリコン層28をパターニングすることで除去する。このパターニングでは、フォトレジストなどをマスクとして、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより第1の窒化シリコン層28にパターンを形成して行う。
この後、異種基板11の誘電体層部26をエッチングし除去する(ステップ3)。このエッチングの際、異種基板11をエッチングしすぎないように注意する。例えば、異種基板11を深さ方向に400nmエッチングし除去する。
さらに異種基板11と第1の窒化シリコン層28の両方を全体を覆うように、前駆層121としてシリコン酸化物層121を形成する(ステップ4)。このとき、誘電体層部26がシリコン酸化物層121で隙間なく埋まるように形成する。
次に、ステップ4で形成したシリコン酸化物層121を平坦化し、誘電体層12を形成する(ステップ5)。この際、誘電体層12と第1の窒化シリコン層28がほぼ面一になるように平坦化する。
ステップ5で面一にされた第1の窒化シリコン層28及び誘電体層12の上に高屈折率層としてアモルファスシリコン層24を形成する(ステップ6)。このとき、アモルファスシリコン層24は面一にされた第1の窒化シリコン層28及び誘電体層12と接している面の反対の面も、面一にされた第1の窒化シリコン層28及び誘電体層12と平行になるように形成する。
図21で示すように、ステップ6で形成したアモルファスシリコン層24の上に第2のシリコン酸化物層221を形成し、その第2のシリコン酸化物層221の上に第2の窒化シリコン層222を形成する(ステップ7)。このとき、第2のシリコン酸化物層221と第2の窒化シリコン層222を合わせた厚みとアモルファスシリコン層24の厚みは適宜調整する。第2のシリコン酸化物層221と第2の窒化シリコン層222は、後述するステップ10でマスクとして用いられるため、マスク層22と称する。
ステップ7で形成された第2のシリコン酸化物層221及び第2の窒化シリコン層222の上にフォトリソグラフィなどを用いてフォトレジストを露光することにより周期構造のレジストパターンを形成する。その後、そのレジストをマスクとして、その下の第2のシリコン酸化物層221及び第2の窒化シリコン層222に一定周期で離間する開口1321を形成する(ステップ8)
ステップ8を行った後、さらにアモルファスシリコン層24へのエッチングを行い、ステップ8で作製した一定周期で離間する開口1321と同じ一定周期で離間する開口を形成する(ステップ9)。こうすることで、アモルファスシリコン層24、第2のシリコン酸化物層221及び第2の窒化シリコン層222に対して、一定周期で離間する開口132を形成することができる。こうして、マスク層22と高屈折層24に一定周期で離間する開口を有する周期構造を形成する。また、エッチングされなかったアモルファスシリコン層24や第1の窒化シリコン層28は、母材131として存在する。なお、母材としてポリシリコンを存在させるようにしてもよい。
この後、第2の窒化シリコン層222の上から第3のシリコン酸化物層23を形成する(ステップ10)。このとき、開口の部分に隙間ができないように第3のシリコン酸化物層23で開口を埋める。ステップ11の後第3のシリコン酸化物層23は誘電体14となるため、前誘電体23とも称する。
ステップ10の後、第3のシリコン酸化物層23をCMPにより平坦化する(ステップ11)。平坦化することで、開口132は第2のシリコン層が隙間なく存在し、かつ第1の構造体層13の表面と、第2の窒化シリコン層222の表面は、それぞれ平坦であり、互いに面一である。
(変形例)
(変形例)
ここで第4の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の変形例を説明する。この変形例は先述した第4の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法とステップ1〜6まで共通するので、これらの部分についての説明は省略する。以降先述した製造方法と異なる部分について説明する。
(変形例)
ここで第4の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の変形例を説明する。この変形例は先述した第4の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法とステップ1〜6まで共通するので、これらの部分についての説明は省略する。以降先述した製造方法と異なる部分について説明する。
(変形例1)
図22に示すように、アモルファスシリコン層24の上に第2の窒化シリコン層222を形成する(ステップ7−A)。このようにアモルファスシリコン層24の上に第2の窒化シリコン222を形成することで、後述するステップ8−AでのHCGパターニングを行う際に、アモルファスシリコン層24を削りすぎることを防ぐことができる。
図22に示すように、アモルファスシリコン層24の上に第2の窒化シリコン層222を形成する(ステップ7−A)。このようにアモルファスシリコン層24の上に第2の窒化シリコン222を形成することで、後述するステップ8−AでのHCGパターニングを行う際に、アモルファスシリコン層24を削りすぎることを防ぐことができる。
次に第2の窒化シリコン222の上にフォトリソグラフィなどを用いてフォトレジストを露光することにより周期構造のレジストパターンを形成する。その後、そのレジストをマスクとして、その下の窒化シリコン層222に対してドライエッチングを行うことにより、一定周期で離間する開口1321を形成する(ステップ8−A)。
この後の工程、つまりステップ9〜11は先述した製造方法と同一である。なお、変形例でのステップ9〜11ではシリコン酸化物層221は存在しない。
(変形例2)
第4の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法では、異種基板の上に第1の窒化シリコン層28のみを形成していた。図23に示すように、変形例2では異種基板の上にシリコン酸化物層25を形成し、そのシリコン酸化物層25の上に第1の窒化シリコン層28を形成する(ステップ1‐B)。このステップ1−Bで形成するシリコン酸化物層25を第4のシリコン酸化物層25と称する。
第4の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法では、異種基板の上に第1の窒化シリコン層28のみを形成していた。図23に示すように、変形例2では異種基板の上にシリコン酸化物層25を形成し、そのシリコン酸化物層25の上に第1の窒化シリコン層28を形成する(ステップ1‐B)。このステップ1−Bで形成するシリコン酸化物層25を第4のシリコン酸化物層25と称する。
このあとのステップ2−B〜ステップ6−Bについては、第4の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法のステップ2〜ステップ6での第1の窒化シリコン層28の扱いに合わせて第4のシリコン酸化物層25も扱われる。つまり、例えば第4の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法のステップ2の第1の窒化シリコン層28に対してパターニングを行う際に、第4のシリコン酸化物層25も同様にパターニングされる。
ステップ6−B以降の工程については、第4の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法のステップ7〜11と同様である。第4の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の変形例2を示す図23及び図24では便宜上ステップ1−B〜11Bとする。
(変形例3)
図25に示すように、変形例3は本実施形態に係る変形例2のステップ1−B〜ステップ6−Bまでと、本実施形態に係る変形例1のステップ7−A〜ステップ11−Aとを組み合わせた製造方法である。第4の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の変形例3の図は便宜上ステップ7−C〜11−Cとする。
図25に示すように、変形例3は本実施形態に係る変形例2のステップ1−B〜ステップ6−Bまでと、本実施形態に係る変形例1のステップ7−A〜ステップ11−Aとを組み合わせた製造方法である。第4の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の変形例3の図は便宜上ステップ7−C〜11−Cとする。
第2の光反射構造を含む半導体層については、第1の実施形態で説明した半導体層を用いることができるため、説明は省略する。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法を行うことで、窒化シリコン層により、放熱性を確保しつつ、基板との絶縁が取ることができる。
第2の光反射構造を含む半導体層については、第1の実施形態で説明した半導体層を用いることができるため、説明は省略する。
第4の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の第1の反射構造の製造方法は、半導体受光デバイスの第1の光拡散構造にも適用することができる。
本実施形態に係る製造方法は、第3の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の工程のうち、誘電体層を平坦化し、基板を露出させ誘電体層と基板がほぼ同一平面を形成する工程及び基板及び誘電体層の上に高屈折率層を形成する工程の替わりに、前駆層を平坦化し、誘電体層を形成し、かつ低屈折層と誘電体層がほぼ同一平面を形成する工程及び低屈折層及び誘電体層の上に高屈折率層を形成する工程と、を備える。この製造方法を行うことで、周囲埋め込み層の材質とHCG構造の材質を適宜選択することができる。
さらに第1の半導体構造の上に形成される光半導体構造を面一に、かつ全面にて密接することができる。これより、半導体構造体層13と光半導体構造との接合界面での剥離が発生を抑制することができ、デバイスが温度変化にさらされたとしても、デバイスの安定性が向上し、半導体装置の製造時の歩留りや生産性を向上させることができる。
(第5の実施形態)
第1ないし第4の実施形態で説明した半導体発光デバイスの製造方法及び材料について同一の部分は省略する。
第1ないし第4の実施形態で説明した半導体発光デバイスの製造方法及び材料について同一の部分は省略する。
基板11上には、誘電体層(例えばシリコン酸化物層)12を介して第1の光反射構造13が設けられている。この第1の光反射構造13は、屈折率が面内方向において周期的に変化する第1の構造体層を含む。第1の構造体層13は、周期的に二次元配置された、屈折率が相対的に高い高屈折率領域と屈折率が相対的に低い低屈折率領域とにより構成されている。より具体的には、第1の構造体層13は、フォトニック結晶から構成することができる。すなわち、第1の構造体層13は、高屈折率の材料からなる高屈折率層を母材とし、その母材に、母材よりも屈折率の低い誘電体材料が一定の間隔をもって埋め込まれている。また、第1の構造体層13は、母材を一定の間隔を持つように形成し、母材に一定の間隔として形成した部分に、屈折率の低い誘電体材料を配置することもできる。こうすると、母材が埋め込み層と接することになる。母材としては、ポリシリコン又はアモルファスシリコンを、誘電体材料としてはシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸化物、ITO層、InTiOx層又はInWOx層を、それぞれ例示することができる。図1において、母材131を構成するポリシリコンやアモルファスシリコンには、複数の開口132が一定の間隔をもって穿設され、誘電体14が、開口132を埋め込んでいる。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、基板11が光半導体構造16の半導体とは異種の半導体材料で形成された異種基板である図1に示す半導体レーザデバイスを製造するための方法の一例である。
まず、図26に示すように、シリコン基板等の異種基板11の上に、シリコン酸化物層(例えば、シリコン酸化物層、ITO層、InTiOx層、InWOx層など)122を形成する(ステップ1)。このとき形成されるシリコン酸化物層122の厚さは、半導体発光装置となったときの誘電体層12と誘電体14とを合わせた厚さ以上になるように形成する。
次に、シリコン酸化物層122をパターニングする(ステップ2)。本実施形態に係るステップ2でのパターニングは、第1〜第4の実施形態に係るパターニングとは異なり、ステップ2で誘電体層12を半導体発光装置となったときの誘電体層12と誘電体14とを合わせた形、つまり誘電体部80になるようにパターニングし、一定周期で離間する開口132有する周期構造を持つように形成する。
このパターニングした誘電体部80の上に高屈折率層としてシリコン層15を形成する(ステップ3)。シリコン層15はパターニングした誘電体部80と、シリコン基板11の両方の上に存在し、開口を埋めるようにする。このときシリコン層15にはpoly-Si(ポリシリコン)やアモルファスシリコンなどを用いることができる。このシリコン層15は母材131であり、かつ埋め込み層15である。
さらにステップ2でパターニングされた誘電体部80の異種基板と接する面の反対側の面と、ステップ3で形成したシリコン層15の異種基板と接する面の反対側の面とがほぼ面一になるように平坦化する(ステップ4)。このとき、平坦化はCMPなどで行う。
ステップ4で形成した誘電体部80及びシリコン層15の平坦化された面の上に低屈折層としてシリコン酸化物層29を形成する(ステップ5)。なお、このステップ5で形成する層は、シリコン酸化物層単体でも、シリコン酸化物層と窒化シリコン層とを重ねたものでも構わない。シリコン酸化物層と窒化シリコン層とを重ねた層を用いる場合、重ねる順番は問わない。つまり、例えば誘電体部80及びシリコン層15の平坦化された面と接するのは、シリコン酸化物層と窒化シリコン層のどちらを用いても構わない。
第2の光反射構造を含む半導体層については、第1の実施形態で説明した半導体層を用いることができるため、説明は省略する。
第5の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の第1の反射構造の製造方法は、半導体受光デバイスの第1の光拡散構造にも適用することができる。
本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法は、第1の光反射構造を形成する第1工程と、第1の光反射構造上に活性層を含む光半導体構造を接合する工程と、光半導体構造上に第2の光反射構造を形成する工程と、光半導体構造に通電するための一対の電極を形成する工程と、を備え、第1工程が、基板上に周期構造を有する誘電体部を形成する工程と、基板及び誘電体部の上に高屈折率層を形成する工程と、高屈折率層を平坦化し、高屈折率層及びパターニングされた誘電体部の基板と接していない面がほぼ同一平面を形成する工程と、同一平面の上に低屈折層を形成する工程と、を含む。この製造方法を行うことで、工程数が少なく、加工精度の高いシリコン酸化物加工を用いることができる。
さらに第1の半導体構造の上に形成される光半導体構造を面一に、かつ全面にて密接することができる。これより、半導体構造体層13と光半導体構造との接合界面での剥離が発生を抑制することができ、デバイスが温度変化にさらされたとしても、デバイスの安定性が向上し、半導体装置の製造時の歩留りや生産性を向上させることができる。
(第6の実施形態)
本実施形態について、第1ないし第5の実施形態で説明した半導体発光デバイスの製造方法及び材料について同一の部分は省略する。
本実施形態について、第1ないし第5の実施形態で説明した半導体発光デバイスの製造方法及び材料について同一の部分は省略する。
基板11上には、誘電体層(例えばシリコン酸化物層)12を介して第1の光反射構造13が設けられている。この第1の光反射構造13は、屈折率が面内方向において周期的に変化する第1の構造体層を含む。第1の構造体層13は、周期的に二次元配置された、屈折率が相対的に高い高屈折率領域と屈折率が相対的に低い低屈折率領域とにより構成されている。より具体的には、第1の構造体層13は、フォトニック結晶から構成することができる。すなわち、第1の構造体層13は、高屈折率の材料からなる高屈折率層を母材とし、その母材に、母材よりも屈折率の低い誘電体材料が一定の間隔をもって埋め込まれている。また、第1の構造体層13は、母材を一定の間隔を持つように形成し、母材に一定の間隔として形成した部分に、屈折率の低い誘電体材料を配置することもできる。こうすると、母材が埋め込み層と接することになる。母材としては、ポリシリコンやアモルファスシリコンを、誘電体材料としてはシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸化物、ITO層、InTiOx層又はInWOx層を、それぞれ例示することができる。図1において、母材131を構成するポリシリコンやアモルファスシリコンには、複数の開口132が一定の間隔をもって穿設され、誘電体14が、開口132を埋め込んでいる。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、基板11が光半導体構造16の半導体とは異種の半導体材料で形成された異種基板である図1に示す半導体レーザデバイスを製造するための方法の一例である。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第2の実施形態で説明した半導体装置の製造方法のステップ1〜ステップ4まで共通するため、説明は省略する。
図27に示すように、第2の実施形態で説明した半導体発光装置の製造方法のステップ4を行った後、低屈折層としてシリコン酸化物層23を形成する(ステップ5)。このとき、シリコン酸化物層23はシリコン層15と誘電体層12の両方を覆い、かつ異種基板11のシリコン層15と誘電体層12の両方に接している面と平行になるように形成する。
次に、図28で示すようにステップ5で形成したシリコン酸化物層23が、一定周期で離間する開口132を有する周期構造を有するように、フォトリソグラフィなどを用いてフォトレジストを露光することにより周期構造のレジストパターンを形成し、そのレジストをマスクとして、シリコン酸化物層23に対してドライエッチングを行う(ステップ6)。こうすることで開口132を形成することができる。さらに、ステップ5で形成したシリコン酸化物層23はステップ6で一定周期で離間する開口を有する周期構造をもつことで誘電体部80となる。
この後、ステップ6で形成したHCG構造の間、つまり開口132を埋めるように高屈折層として第2のシリコン層24を形成する(ステップ7)。この第2のシリコン層24は第1のシリコン層15、誘電体部80のすべてを覆い、開口132を埋めるように形成する。なお、第2のシリコン層24は埋め込み層とも称すことができる。
ステップ6で形成した周期構造の異種基板側と反対の面と面一になるように、ステップ7で形成した第2のシリコン層24を平坦化する(ステップ8)。こうすることでシリコン酸化物層23及び第2のシリコン層24がそれぞれ平坦であり、互いにほぼ面一となる。
ステップ8で面一にしたシリコン酸化物層23及び第2のシリコン層24の上に、低屈折層として第3のシリコン酸化物層29を形成する(ステップ9)。なお、このステップ9で形成する層は、シリコン酸化物層単体でも、シリコン酸化物層と窒化シリコン層とを重ねたものでも構わない。シリコン酸化物層と窒化シリコン層とを重ねた層を用いる場合、重ねる順番は問わない。つまり、例えば誘電体部及びシリコン層の平坦化された面と接するのは、シリコン酸化物層と窒化シリコン層のどちらを用いても構わない。
第2の光反射構造を含む半導体層については、第1の実施形態で説明した半導体層を用いることができるため、説明は省略する。
第6の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の第1の反射構造の製造方法は、半導体受光デバイスの第1の光拡散構造にも適用することができる。
本実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法は、第1の光反射構造を形成する第1工程と、第1の光反射構造上に活性層を含む光半導体構造を接合する工程と、光半導体構造上に第2の光反射構造を形成する工程と、光半導体構造に通電するための一対の電極を形成する工程と、を備え、第1工程が、基板上にパターニングされた誘電体層を形成する工程と、基板及び誘電体層の上に第1の高屈折率層を形成する工程と、第1の高屈折率層を平坦化し、第1の高屈折率層と誘電体層が第1の同一平面を形成する工程と、第1の高屈折率層及び誘電体層の上に第1の低屈折層を形成する工程と、第1の低屈折層に一定周期で離間する開口を有する周期構造を形成する工程と、第1の低屈折層及び第1の高屈折率層の上に第2の高屈折率層を形成し、周期構造を第2の高屈折率層を用いて覆う工程と、第2の高屈折率層を平坦化し、第2の高屈折層及びパターニングされた誘電体層の基板と接していない面が第2の同一平面を形成する工程と、第2の同一平面の上に第2の低屈折層を形成する工程と、を含む。この製造方法を行うことで、加工精度の高いシリコン酸化物加工を用いることができるため、生産性を向上させることができる。
さらに第1の半導体構造の上に形成される光半導体構造を面一に、かつ全面にて密接することができる。これより、半導体構造体層13と光半導体構造との接合界面での剥離が発生を抑制することができ、デバイスが温度変化にさらされたとしても、デバイスの安定性が向上し、半導体装置の製造時の歩留りや生産性を向上させることができる。
(第7の実施形態)
本実施形態について、第1ないし第6の実施形態で説明した半導体発光デバイスの製造方法及び材料について同一の部分は省略する。
本実施形態について、第1ないし第6の実施形態で説明した半導体発光デバイスの製造方法及び材料について同一の部分は省略する。
基板11上には、誘電体層(例えばシリコン酸化物層)12を介して第1の光反射構造13が設けられている。この第1の光反射構造13は、屈折率が面内方向において周期的に変化する第1の構造体層を含む。第1の構造体層13は、周期的に二次元配置された、屈折率が相対的に高い高屈折率領域と屈折率が相対的に低い低屈折率領域とにより構成されている。より具体的には、第1の構造体層13は、フォトニック結晶から構成することができる。すなわち、第1の構造体層13は、高屈折率の材料からなる高屈折率層を母材とし、その母材に、母材よりも屈折率の低い誘電体材料が一定の間隔をもって埋め込まれている。また、第1の構造体層13は、母材を一定の間隔を持つように形成し、母材に一定の間隔として形成した部分に、屈折率の低い誘電体材料を配置することもできる。こうすると、母材が埋め込み層と接することになる。母材としては、ポリシリコンやアモルファスシリコンを、誘電体材料としてはシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸化物、ITO層、InTiOx層又はInWOx層を、それぞれ例示することができる。図1において、母材131を構成するアモルファスシリコンやポリシリコンには、複数の開口132が一定の間隔をもって穿設され、誘電体14が開口132を埋め込んでいる。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、基板11が光半導体構造16の半導体とは異種の半導体材料で形成された異種基板である図1に示す半導体レーザデバイスを製造するための方法の一例である。
図29で示すように、まず、異種基板の上に前駆層121として第1のシリコン酸化物層121を形成し、その第1のシリコン酸化物層121の上に窒化シリコン層81を形成する(ステップ1)。
ステップ1で形成した第1のシリコン酸化物層121と窒化シリコン層81とにフォトリソグラフィなどを用いてフォトレジストを露光することにより周期構造のレジストパターンを形成し、そのレジストをマスクとして、第1のシリコン酸化物層121と窒化シリコン層81に対してドライエッチングを行う(ステップ2)。こうして第2のシリコン酸化物層121は誘電体層12となる。ステップ2のパターニングの後、高屈折率層として第1のシリコン層15を形成する(ステップ3)。この第1のシリコン層15はパターニングした誘電体層12、窒化シリコン層81及び異種基板11の上に存在する。このとき第1のシリコン層にはpoly-Si(ポリシリコン)やアモルファスシリコンなどを用いることができる。
ステップ3で形成した第1のシリコン層15に対して平坦化を行う(ステップ4)。このとき、窒化シリコン層81が露出し、かつ窒化シリコン層81と第1のシリコン層15がほぼ面一になるように平坦化する。
次に、低屈折層として第3のシリコン酸化物層23を形成する(ステップ5)。このとき、第3のシリコン酸化物層23は窒化シリコン層及び第1のシリコン層を覆うように形成する。そのため、第3のシリコン酸化物層23を前誘電体とも称す。
図30に示すように、ステップ5で形成した第2のシリコン酸化物層23が一定周期で離間する開口132を有する周期構造を有するようにフォトリソグラフィなどを用いてフォトレジストを露光することにより周期構造のレジストパターンを形成し、そのレジストをマスクとして、第2のシリコン酸化物層23に対してドライエッチングを行う(ステップ6)。こうすることで、第2のシリコン酸化物層23に開口132を形成する。こうすることで、第1のシリコン酸化物層が誘電体層12を形成し、かつ第2のシリコン酸化物層23が誘電体14を形成することで誘電体部80を形成する。
ステップ6で形成した開口132を埋めるように第2のシリコン層24を形成する(ステップ7)。この第2のシリコン層24は第1のシリコン層15、誘電体部80のすべてを覆うように形成する。
ステップ6で形成した一定周期で離間する開口を有する周期構造の異種基板側の反対の面とほぼ同一平面になるように、ステップ7で形成した第2のシリコン層24を平坦化する(ステップ8)。こうすることで誘電体14及び第2のシリコン層24はそれぞれ平坦であり、互いにほぼ面一となる。なお、第2のシリコン層24は埋め込み層とも称すことができる。
ステップ8で面一にした誘電体14及び第2のシリコン層24の上に低屈折層として第4のシリコン酸化物層29を形成する(ステップ9)。なお、このステップ9で形成する層は、シリコン酸化物層単体でも、シリコン酸化物層と窒化シリコン層とを重ねたものでも構わない。シリコン酸化物層と窒化シリコン層とを重ねた層を用いる場合、重ねる順番は問わない。つまり、例えば誘電体14及びシリコン層の平坦化された面と接するのは、シリコン酸化物層と窒化シリコン層のどちらを用いても構わない。
(変形例)
ここで図31を用いて第7の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の変形例を説明する。この変形例は第7の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法のステップ6がステップ5で形成した第3のシリコン酸化物層23に一定周期で離間する開口を有する周期構造となるようにパターニングを行うのに対し、ステップ5で形成した第3のシリコン酸化物層23及び窒化シリコン層222に対し一定周期で離間する開口を有する周期構造となるようにパターニングを行う(ステップ6−A)。このパターニングを詳しく述べると、ステップ5で形成された第3のシリコン酸化物層23及び窒化シリコン層222の上に、フォトリソグラフィなどを用いてフォトレジストを露光することにより周期構造のレジストパターンを形成する。その後、そのレジストをマスクとして、その下の第3のシリコン酸化物層23及び窒化シリコン層222に対してドライエッチングを行うことにより、一定周期で離間する開口132を有する周期構造を形成する。このとき、図31に示すように窒化シリコン層222は誘電体層12と同じ面積存在している。
ここで図31を用いて第7の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の変形例を説明する。この変形例は第7の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法のステップ6がステップ5で形成した第3のシリコン酸化物層23に一定周期で離間する開口を有する周期構造となるようにパターニングを行うのに対し、ステップ5で形成した第3のシリコン酸化物層23及び窒化シリコン層222に対し一定周期で離間する開口を有する周期構造となるようにパターニングを行う(ステップ6−A)。このパターニングを詳しく述べると、ステップ5で形成された第3のシリコン酸化物層23及び窒化シリコン層222の上に、フォトリソグラフィなどを用いてフォトレジストを露光することにより周期構造のレジストパターンを形成する。その後、そのレジストをマスクとして、その下の第3のシリコン酸化物層23及び窒化シリコン層222に対してドライエッチングを行うことにより、一定周期で離間する開口132を有する周期構造を形成する。このとき、図31に示すように窒化シリコン層222は誘電体層12と同じ面積存在している。
ステップ6−A以降の工程は、第7の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法のステップ7〜ステップ9と同様である。便宜上ステップ7−A〜ステップ9−Aと表記している。
第2の光反射構造を含む半導体層については、第1の実施形態で説明した半導体層を用いることができるため、説明は省略する。
第7の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の第1の反射構造の製造方法は、半導体受光デバイスの第1の光拡散構造にも適用することができる。
第7の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法は、第1の光反射構造を形成する第1工程と、第1の光反射構造上に活性層を含む光半導体構造を接合する工程と、光半導体構造上に第2の光反射構造を形成する工程と、光半導体構造に通電するための一対の電極を形成する工程と、を備え、第1工程が、基板上に前駆層を形成する工程と、前駆層の上に窒化シリコン層を形成する工程と、前駆層及び窒化シリコン層をパターニングし、誘電体層を形成する工程と、基板、誘電体層及び窒化シリコン層の上に第1の高屈折率層を形成する工程と、第1の高屈折率層を平坦化し、窒化シリコン層を露出させるとともに窒化シリコン層と第1の高屈折率層が同一平面を形成する工程と、同一平面の上に第1の低屈折層を形成する工程と、第1の低屈折層をパターニングし、一定周期で離間する開口を有する周期構造を形成する工程と、第1の高屈折率層及び第1の低屈折層の上に第2の高屈折層を形成し、周期構造を第2の高屈折層を用いて覆う工程と、第2の高屈折率層を平坦化し、第1の低屈折層の窒化シリコン層と接している面と反対の面を露出させる工程と、第2の高屈折率層及び第1の低屈折層の上に第2の低屈折層を形成する工程と、を含む。この製造方法を行うことで、周期構造形成時のエッチング深さを精密に制御できる。
さらに第1の半導体構造の上に形成される光半導体構造を面一に、かつ全面にて密接することができる。これより、半導体構造体層13と光半導体構造との接合界面での剥離が発生を抑制することができ、デバイスが温度変化にさらされたとしても、デバイスの安定性が向上し、半導体装置の製造時の歩留りや生産性を向上させることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
半導体発光デバイス・・・10、基板・・・11、誘電体層・・・12、21、第1の光反射構造・・・13、母材・・・131、開口・・・132、誘電体・・・14、埋め込み層・・・15、光半導体構造・・・16、第1導電型の第1のクラッド層・・・161、第1導電型の第1の光閉じ込め層・・・162、活性層・・・163、第2導電型の第2の光閉じ込め層・・・164、第2導電型の第2のクラッド層・・・165、半導体多層反射膜(DBR)・・・17、電流狭窄層・・・18、最上層・・・172、絶縁層・・・19、電極・・・201、202、同種基板・・・30、マスク・・・31、マスク層・・・22、第3のシリコン酸化物層(前誘電体)・・・23、アモルファスシリコン層・・・24、第2のシリコン酸化物層・・・25、誘電体部・・・26、フォトレジスト層・・・27、第1の窒化シリコン層・・・28、シリコン酸化物層・・・29、誘電体部・・・80、窒化シリコン層・・・81、半導体発光デバイス・・・60、第2の熱伝導性誘電体層12・・・62、第1の熱伝導性誘電体層12・・・61、誘電体層12・・・63、半導体発光デバイス・・・70、ワイヤグリッド電極・・・71、シリサイド層・・・72、電極・・・2201a、2022a、2201bおよび2202b、DBR・・・3170、第2のクラッド層・・・3165、第2の光閉じ込め層・・・3164、活性層・・・3163、第1の光閉じ込め層・・・3162、第1のクラッド層・・・3161、異種基板・・・2011、第1の構造体層・・・2013、誘電体層12・・・2012、アモルファスシリコン層・・・2015、誘電体層12・・・2014
Claims (14)
- 第1の光反射構造を形成する第1工程と、
前記第1の光反射構造上に活性層を含む光半導体構造を接合する工程と、
前記光半導体構造上に第2の光反射構造を形成する工程と、
前記光半導体構造に通電するための一対の電極を形成する工程と、を備え、
前記第1工程が、
基板上にパターニングされた誘電体層を形成する工程と、
前記基板及び前記誘電体層の上に高屈折率層を形成する工程と、
前記第1の高屈折率層を平坦化する工程と、
前記第1の高屈折率層の上にマスク層を形成する工程と、
前記マスク層及び前記第1の高屈折率層に一定周期で離間する開口を有する周期構造を形成する工程と、
前記マスク層の上に低屈折層を形成し、かつ前記周期構造を低屈折層で埋める工程と、
前記マスク層と前記低屈折層とがほぼ同一平面となるように化学機械研磨を行う工程とを含む、
半導体発光デバイスの製造方法。 - 前記第1の高屈折率層を平坦化する工程の後さらに前記第1の高屈折率層の直上に第2の高屈折率層を形成する工程を有する請求項1記載の半導体発光デバイスの製造方法。
- 前記第1の高屈折率層を平坦化する工程は、前記第1の高屈折率層を平坦化するとともに前記誘電体層を露出させ、前記第1の高屈折率層及び前記誘電体層の上に第2の高屈折層を形成する工程と、を含み、
さらに、前記第1の高屈折率層の上にマスク層を形成する工程及び前記マスク層及び前記第1の高屈折率層に一定周期で離間する開口を有する周期構造を形成する工程の替わりに、前記第2の高屈折率層の上にマスク層を形成する工程及び前記マスク層及び前記第2の高屈折層に一定周期で離間する開口を有する周期構造を形成する工程と、
を含む請求項1記載の半導体発光デバイスの製造方法。 - 第1の光反射構造を形成する第1工程と、
前記第1の光反射構造上に活性層を含む光半導体構造を接合する工程と、
前記光半導体構造上に第2の光反射構造を形成する工程と、
前記光半導体構造に通電するための一対の電極を形成する工程と、を備え、
前記第1工程が、
基板上に第1の低屈折層を形成し、前記低屈折層をパターニングする工程と、
前記基板をパターニングする工程と、
前記基板及び前記第1の低屈折層の上に前駆層を形成する工程と、
前記前駆層を平坦化することで誘電体層を形成し、かつ前記基板を露出させ前記誘電体層と前記基板がほぼ同一平面を形成する工程と、
前記基板及び前記誘電体層の上に高屈折率層を形成する工程と、
前記高屈折率層の上にマスク層を形成する工程と、
前記マスク層及び前記高屈折率層に一定周期で離間する開口を有する周期構造を形成する工程と、
前記マスク層の上に第2の低屈折層を形成し、前記周期構造を前記第2の低屈折層で埋める工程と、
前記マスク層と前記第2の低屈折層とがほぼ同一平面となるように化学機械研磨を行う工程とを含む、
半導体発光デバイスの製造方法。 - 前記第1の低屈折層の替わりにフォトレジスト層を用いる請求項4記載の半導体発光デバイスの製造方法。
- 前記誘電体層を平坦化し、前記基板を露出させ前記誘電体層と前記基板がほぼ同一平面を形成する工程及び前記基板及び前記誘電体層の上に高屈折率層を形成する工程の替わりに、前記前駆層を平坦化し、誘電体層を形成し、かつ前記低屈折層と前記誘電体層がほぼ同一平面を形成する工程及び前記低屈折層及び前記誘電体層の上に高屈折率層を形成する工程と、
を備える請求項4記載の半導体発光デバイスの製造方法。 - 第1の光反射構造を形成する第1工程と、
前記第1の光反射構造上に活性層を含む光半導体構造を接合する工程と、
前記光半導体構造上に第2の光反射構造を形成する工程と、
前記光半導体構造に通電するための一対の電極を形成する工程と、を備え、
前記第1工程が、
基板上に一定周期で離間する開口を有する周期構造を有する誘電体部を形成する工程と、
前記基板及び前記誘電体部の上に高屈折率層を形成する工程と、
前記高屈折率層を平坦化し、前記高屈折率層及びパターニングされた前記誘電体部の前記基板と接していない面がほぼ同一平面を形成する工程と、
前記同一平面の上に低屈折層を形成する工程と、
を含む半導体発光デバイスの製造方法。 - 第1の光反射構造を形成する第1工程と、
前記第1の光反射構造上に活性層を含む光半導体構造を接合する工程と、
前記光半導体構造上に第2の光反射構造を形成する工程と、
前記光半導体構造に通電するための一対の電極を形成する工程と、を備え、
前記第1工程が、
基板上にパターニングされた誘電体層を形成する工程と、
前記基板及び前記誘電体層の上に第1の高屈折率層を形成する工程と、
前記第1の高屈折率層を平坦化し、前記第1の高屈折率層と前記誘電体層が第1の同一平面を形成する工程と、
前記第1の高屈折率層及び前記誘電体層の上に第1の低屈折層を形成する工程と、
前記第1の低屈折層に一定周期で離間する開口を有する周期構造を形成する工程と、
前記第1の低屈折層及び前記第1の高屈折率層の上に第2の高屈折率層を形成し、前記周期構造を前記第2の高屈折率層を用いて覆う工程と、
前記第2の高屈折率層を平坦化し、前記第2の高屈折層及びパターニングされた前記誘電体層の前記基板と接していない面が第2の同一平面を形成する工程と、
前記第2の同一平面の上に第2の低屈折層を形成する工程と、
を含む半導体発光デバイスの製造方法。 - 第1の光反射構造を形成する第1工程と、
前記第1の光反射構造上に活性層を含む光半導体構造を接合する工程と、
前記光半導体構造上に第2の光反射構造を形成する工程と、
前記光半導体構造に通電するための一対の電極を形成する工程と、を備え、
前記第1工程が、
基板上に前駆層を形成する工程と、
前記前駆層の上に窒化シリコン層を形成する工程と、
前記前駆層及び前記窒化シリコン層をパターニングし、誘電体層を形成する工程と、
前記基板、前記誘電体層及び前記窒化シリコン層の上に第1の高屈折率層を形成する工程と、
前記第1の高屈折率層を平坦化し、前記窒化シリコン層を露出させるとともに前記窒化シリコン層と前記第1の高屈折率層がほぼ同一平面を形成する工程と、
前記同一平面の上に第1の低屈折層を形成する工程と、
前記第1の低屈折層をパターニングし、一定周期で離間する開口を有する周期構造を形成する工程と、
前記第1の高屈折率層及び前記第1の低屈折層の上に第2の高屈折層を形成し、前記周期構造を前記第2の高屈折層を用いて覆う工程と、
前記第2の高屈折率層を平坦化し、前記第1の低屈折層の前記窒化シリコン層と接している面と反対の面を露出させる工程と、
前記第2の高屈折率層及び前記第1の低屈折層の上に第2の低屈折層を形成する工程と、
を含む半導体発光デバイスの製造方法。 - 前記第1の低屈折層をパターニングするとともに前記窒化シリコン層もパターニングし、一定周期で離間する開口を有する周期構造を形成する工程をさらに備える請求項9記載の半導体発光デバイスの製造方法。
- 基板と、
前記基板に誘電体層を介して設けられた第1の光反射構造と、
前記誘電体層及び前記第1の光反射構造を取り囲む埋め込み層と、
前記第1の光反射構造の上に設けられた、活性層を含む光半導体構造と、
前記光半導体構造上に設けられた第2の光反射構造と、
前記光半導体構造に通電するための一対の電極と、
を備え、
前記第1の光反射構造は、高屈折領域及び低屈折領域が周期的に配置された周期構造を有し、
前記高屈折領域の上及び前記埋め込み層の上にマスク層が存在し、前記マスク層と前記低屈折領域の表面は、ほぼ同一平面内に含まれる半導体発光デバイス。 - 前記基板及び前記埋め込み層の間に低屈折層が存在する請求項11記載の半導体発光デバイス。
- 基板と、
前記基板に誘電体層を介して設けられた第1の光反射構造と、
前記誘電体層及び前記第1の光反射構造を取り囲む埋め込み層と、
前記第1の光反射構造の上に設けられた、活性層を含む光半導体構造と、
前記光半導体構造上に設けられた第2の光反射構造と、
前記光半導体構造に通電するための一対の電極と、
を備え、
前記第1の光反射構造は、高屈折領域及び低屈折領域が周期的に配置された周期構造を有し、
前記誘電体層は窒化シリコン層を介して前記低屈折領域を接し、前記周期構造及び前記埋め込み層の上に低屈折層が存在する半導体発光デバイス。 - 前記誘電体層は窒化シリコン層を介して前記高屈折領域及び前記低屈折領域を接している請求項13記載の半導体発光デバイス。
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