JP4677825B2

JP4677825B2 - 面発光型半導体素子の製造方法及び面発光型半導体素子

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Publication number: JP4677825B2
Application number: JP2005142941A
Authority: JP
Inventors: 伸行光井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2005-05-16
Filing date: 2005-05-16
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2025-05-16
Also published as: JP2006319270A

Description

本発明は、面発光型半導体素子の製造方法及び面発光型半導体素子に関する。

面発光型半導体素子、例えば垂直共振型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）として、特許文献１に記載された面発光レーザが知られている。この面発光レーザの電流狭窄層は、ｎ型ＡｌＡｓ層の側面を酸化することによって形成される。また、例えば特許文献２には、Ａｌを含むIII−V族化合物半導体を酸化することによって酸化物を形成する方法が記載されている。
特開平１０−２２３９７５号公報特表平６−５０３９１９号公報

図１５は、上述のような面発光レーザの一例を模式的に示す断面図である。図１５に示される面発光レーザ２０１は、ＧａＡｓ基板２０３と、ＧａＡｓ基板２０３上に設けられたＤＢＲ部２０５と、ＤＢＲ部２０５上に設けられたメサ部２２０と、メサ部２２０上に設けられたポスト状のＤＢＲ部２２１とを備える。メサ部２２０は、ＤＢＲ部２０５上に設けられた半導体層２０７と、半導体層２０７上に設けられた活性層２０９と、活性層２０９上に設けられた電流狭窄層２１５と、電流狭窄層２１５上に設けられた半導体層２１７と、半導体層２１７上に設けられたコンタクト層２１９とからなる。

コンタクト層２１９上には、ＤＢＲ部２２１を取り囲むように環状の電極２２３が設けられている。ＧａＡｓ基板２０３の裏面２３１上には電極２２９が設けられている。

ＤＢＲ部２０５は、交互に配列されたＧａＡｓ層２０５ａとＡｌＡｓ層２０５ｂとからなる。ＤＢＲ部２２１は、交互に配列されたＡｌＡｓ層２２１ａとＧａＡｓ層２２１ｂとからなる。電流狭窄層２１５は、ＤＢＲ部２０５の表面２０５ｓにおけるエリア２０４上に設けられたＡｌＧａＡｓ層２１３と、エリア２０４を取り囲むエリア２０６上に設けられたアルミニウム酸化物層２１１とからなる。

面発光レーザ２０１では、電極２２３，２２９間に電流を供給すると、電流狭窄層２１５によって狭窄された電流が活性層２０９に注入され、レーザ光２００Ｌが出射される。

図１６は、高さ方向から見たメサ部２２０を模式的に示す平面図である。メサ部２２０の頂面２１４の形状は、＜０１−１＞方向に延びる辺ｒ２０１，ｒ２０２と、＜０１１＞方向に延びる辺ｒ２０３，ｒ２０４とによって構成される正方形である。メサ部２２０の底面２１６の形状は、＜０１−１＞方向に延びる辺ｐ２０１，ｐ２０２と、＜０１１＞方向に延びる辺ｐ２０３，ｐ２０４とによって構成される正方形である。なお、上記＜０１−１＞方向及び＜０１１＞方向とは、ＧａＡｓ結晶における結晶方位を意味する。

面発光レーザ２０１では、メサ部２２０の頂面２１４及び底面２１６が上記形状を有しているので、アルミニウム酸化物層２１１を形成する際に、電流狭窄層２１５の４つの側面２０８となる各面における酸化の進行速度が互いに異なってしまう。その結果、メサ部２２０の頂面２１４及び底面２１６の重心位置を結ぶ中心軸２００Ａに関して、酸化の進行速度の対称性が不十分となる。これは、III−V族化合物半導体の結晶方位により、電流狭窄層２１５の４つの側面２０８となる各面の形状が互いに異なるからと考えられる。したがって、面発光レーザ２０１では、中心軸２００Ａと、ＡｌＧａＡｓ層２１３の頂面２１０及び底面２１２の重心位置を結ぶ中心軸２００Ｂとのずれ量Ｄ２が大きくなってしまう。ここで、ずれ量Ｄ２とは、中心軸２００Ａと中心軸２００Ｂとの間の最小距離を意味する。ＧａＡｓ基板２０３が＜１１１＞方向に所定のオフ角（（１００）面とのなす角）を有していると、ずれ量Ｄ２は更に大きくなってしまう。ずれ量Ｄ２が大きいと、面発光レーザ２０１の光学特性を所望の範囲に制御することができない。

そこで本発明は、所望の光学特性を有する面発光型半導体素子の製造方法及び面発光型半導体素子を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明の面発光型半導体素子の製造方法は、III−Ｖ族化合物半導体基板の主面上に、第１のＤＢＲ半導体層と第２のＤＢＲ半導体層とが交互に配列された第１のＤＢＲ部と、前記第１のＤＢＲ部上に設けられIII−Ｖ族化合物半導体から構成される活性層と前記第１のＤＢＲ部上に設けられＡｌを含むIII−Ｖ族化合物半導体層とを有する半導体領域と、前記半導体領域上に設けられた第２のＤＢＲ部とを形成する工程と、＜００１＞方向に沿って延びる第１及び第２の辺と、＜０１０＞方向に沿って延びる第３及び第４の辺とを含むパターン形状を有するフォトマスクを用いて、前記第２のＤＢＲ部上にエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクを用いて、前記半導体領域をウェットエッチングすることにより、前記半導体領域からメサ部を形成する工程と、前記メサ部の側面を酸素雰囲気に晒すことにより、前記III−Ｖ族化合物半導体層から電流狭窄層を形成する工程とを含む。

なお、上記＜００１＞方向及び＜０１０＞方向は、III−Ｖ族化合物半導体基板を構成するIII−Ｖ族化合物半導体の結晶方位を意味する。また、活性層は、第１のＤＢＲ部とIII−Ｖ族化合物半導体層との間に設けられていてもよいし、第２のＤＢＲ部とIII−Ｖ族化合物半導体層との間に設けられていてもよい。

本発明の面発光型半導体素子の製造方法では、電流狭窄層を形成する工程において、メサ部の側面から、メサ部の頂面及び底面の重心位置を結ぶ中心軸（以下、メサ部中心軸とする）に向けて徐々にIII−Ｖ族化合物半導体層が酸化される。その結果、メサ部中心軸を含む領域には、III−Ｖ族化合物半導体層が残存する。この残存したIII−Ｖ族化合物半導体層中を電流が通過することによって電流が狭窄される。

本発明の面発光型半導体素子の製造方法では、フォトマスクが上記パターン形状を有するので、所望のパターン形状を有するエッチングマスクが形成される。さらに、そのようなエッチングマスクを用いることにより、所望の形状を有するメサ部が形成される。よって、電流狭窄層を形成する工程において、酸化の進行速度がメサ部中心軸に関して良好な対称性を有する。これは、III−Ｖ族化合物半導体の結晶方位により、形成されるメサ部の側面がメサ部中心軸に関して良好な対称性を有するからと考えられる。よって、残存したIII−Ｖ族化合物半導体層の頂面及び底面の重心位置を結ぶ中心軸（以下、III−Ｖ族化合物半導体層中心軸とする）と、メサ部中心軸とのずれ量を小さくすることができる。ここで、ずれ量とは、III−Ｖ族化合物半導体層中心軸とメサ部中心軸との間の最小距離を意味する。したがって、本発明の面発光型半導体素子の製造方法によれば、所望の光学特性を有する面発光型半導体素子が得られる。

また、前記活性層がＧａＩｎＮＡｓから構成されることが好ましい。この場合、長波長の光を出射可能な面発光型半導体素子が得られる。

また、前記III−Ｖ族化合物半導体基板の主面と（１００）面とのなす角が２度以上であることが好ましい。なお、上記（１００）面は、III−Ｖ族化合物半導体基板を構成するIII−Ｖ族化合物半導体の結晶面を意味する。

本発明の面発光型半導体素子は、III−Ｖ族化合物半導体基板の主面上に、第１のＤＢＲ半導体層と第２のＤＢＲ半導体層とが交互に配列された第１のＤＢＲ部と、第２のＤＢＲ部と、前記第１のＤＢＲ部と前記第２のＤＢＲ部との間に設けられ活性層及び電流狭窄層を含むメサ部とを備え、前記活性層はIII−Ｖ族化合物半導体から構成され、前記電流狭窄層は、Ａｌを含むIII−Ｖ族化合物半導体層と、Ａｌを含む酸化物層とを有し、前記III−Ｖ族化合物半導体層は前記第１のＤＢＲ部の表面における第１のエリア上に設けられており、前記酸化物層は前記第１のエリアを取り囲む第２のエリア上に設けられており、前記メサ部の頂面は、＜００１＞方向に沿って延びる第１及び第２の辺と、＜０１０＞方向に沿って延びる第３及び第４の辺とを含む形状を有し、前記メサ部の底面は、＜００１＞方向に沿って延びる第５及び第６の辺と、＜０１０＞方向に沿って延びる第７及び第８の辺とを含む形状を有する。

なお、上記＜００１＞方向及び＜０１０＞方向は、III−Ｖ族化合物半導体層を構成するIII−Ｖ族化合物半導体の結晶方位を意味する。また、活性層は、第１のＤＢＲ部と電流狭窄層との間に設けられていてもよいし、第２のＤＢＲ部と電流狭窄層との間に設けられていてもよい。

本発明の面発光型半導体素子では、メサ部の頂面及び底面が上記形状を有している。このため、III−Ｖ族化合物半導体の結晶方位により、メサ部の側面は、メサ部の頂面及び底面の重心位置を結ぶ中心軸に関して良好な対称性を有する。その結果、電流狭窄層の側面は、メサ部の頂面及び底面の重心位置を結ぶ中心軸に関して良好な対称性を有する。このようなメサ部を有する面発光型半導体素子では、メサ部の頂面及び底面の重心位置を結ぶ中心軸と、III−Ｖ族化合物半導体層の頂面及び底面の重心位置を結ぶ中心軸とのずれ量が小さくなる。したがって、本発明の面発光型半導体素子は所望の光学特性を有する。

また、前記活性層がＧａＩｎＮＡｓから構成されることが好ましい。この場合、面発光型半導体素子から長波長の光が出射される。

また、前記III−Ｖ族化合物半導体基板の前記主面と（１００）面とのなす角が２度以上であることが好ましい。なお、上記（１００）面は、III−Ｖ族化合物半導体基板を構成するIII−Ｖ族化合物半導体の結晶面を意味する。

本発明によれば、所望の光学特性を有する面発光型半導体素子の製造方法及び面発光型半導体素子が提供される。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
（面発光型半導体素子）
図１は、第１実施形態に係る面発光型半導体素子を模式的に示す断面図である。図１に示される面発光型半導体素子１は、III−Ｖ族化合物半導体基板３の主面１５ｓ上に、第１のＤＢＲ半導体層５ａと第２のＤＢＲ半導体層５ｂとが交互に配列された第１のＤＢＲ部５と、第２のＤＢＲ部２１と、ＤＢＲ部５とＤＢＲ部２１との間に設けられ活性層９及び電流狭窄層１５を含むメサ部２０とを備える。活性層９はIII−Ｖ族化合物半導体から構成される。本実施形態では、電流狭窄層１５が活性層９上に設けられているが、活性層９が電流狭窄層１５上に設けられるとしてもよい。

ＤＢＲ部２１は、例えば、交互に配列されたＤＢＲ半導体層２１ａとＤＢＲ半導体層２１ｂとを備える。具体的には、ＤＢＲ半導体層２１ａは例えばＡｌＡｓから構成され、ＤＢＲ半導体層２１ｂは例えばＧａＡｓから構成される。なお、ＤＢＲ半導体層に代えてＤＢＲ誘電体層を用いてもよい。ＤＢＲ部５は例えばｎ型である。ＤＢＲ半導体層５ａは例えばＧａＡｓから構成され、ＤＢＲ半導体層５ｂは例えばＡｌＡｓから構成される。活性層９は、量子井戸構造を有することが好ましい。具体的には、活性層９は例えば交互に配列されたＧａＡｓ層及びＧａＩｎＮＡｓ層を有する。

電流狭窄層１５は、Ａｌを含むIII−Ｖ族化合物半導体層１３と、Ａｌを含む酸化物層１１とを有する。III−Ｖ族化合物半導体層１３はＤＢＲ部５の表面５ｓにおける第１のエリア４上に設けられている。酸化物層１１はエリア４を取り囲む第２のエリア６上に設けられている。III−Ｖ族化合物半導体層１３は、例えばＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ等から構成される。酸化物層１１は、例えばＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ等のＡｌを含むIII−Ｖ族化合物半導体を酸化することにより形成される。酸化物層１１は、例えばＡｌ_２Ｏ_３等のアルミニウム酸化物から構成される。

本実施形態では、ＤＢＲ部５がIII−Ｖ族化合物半導体基板３上に設けられることが好ましい。III−Ｖ族化合物半導体基板３は、例えばＧａＡｓ等から構成される。ＤＢＲ部５と活性層９との間には、必要に応じて、例えばＧａＡｓから構成される半導体層７が設けられる。電流狭窄層１５とＤＢＲ部２１との間には、必要に応じて、例えばＧａＡｓから構成される半導体層１７と、半導体層１７上に設けられた半導体層１９とが設けられる。半導体層１９は、例えば、ＧａＡｓから構成され、コンタクト層として機能する。半導体層１９上には例えば電極２３が設けられている。電極２３の形状は、例えばＤＢＲ部２１を取り囲む環状である。また、III−Ｖ族化合物半導体基板３の裏面３１上には例えば電極２９が設けられている。

メサ部２０は、例えば半導体層７、活性層９、電流狭窄層１５及び半導体層１７を含む。ＤＢＲ部５上には、ＤＢＲ部２１の側面、半導体層１９の側面及びメサ部２０の側面２０ｄを覆うように絶縁層２５が設けられることが好ましい。絶縁層２５は、例えばＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ_２等から構成される。電極２３は、例えば絶縁層２５に形成された開口内に埋め込まれることによって、半導体層１９に電気的に接続されている。電極２３及び絶縁層２５上には、必要に応じて、電極２３に電気的に接続された配線２７が設けられている。

面発光型半導体素子１では、例えば、電極２３と電極２９との間に電流を供給すると、電流狭窄層１５によって狭窄された電流が活性層９に注入され、光Ｌが出射される。面発光型半導体素子１としては例えば面発光レーザ等が挙げられる。

図２は、高さ方向から見たメサ部２０を模式的に示す平面図である。図２に示されるように、メサ部２０の頂面１４は、第１の辺ｒ１、第２の辺ｒ２、第３の辺ｒ３及び第４の辺ｒ４を含む形状を有する。具体的には、頂面１４の形状は例えば正方形等の四角形であることが好ましい。辺ｒ１及び辺ｒ２は＜００１＞方向に沿って延びる。辺ｒ３及び辺ｒ４は＜０１０＞方向に沿って延びる。

メサ部２０の底面１６は、第５の辺ｐ１、第６の辺ｐ２、第７の辺ｐ３及び第８の辺ｐ４を含む形状を有する。具体的には、底面１６の形状は例えば正方形等の四角形であることが好ましい。辺ｐ１及び辺ｐ２は＜００１＞方向に沿って延びる。辺ｐ３及び辺ｐ４は＜０１０＞方向に沿って延びる。底面１６は、メサ部２０の高さ方向から見て頂面１４よりも大きいことが好ましい。中心軸Ａは、メサ部２０の頂面１４及び底面１６の重心位置を結ぶ。中心軸Ｂは、III−Ｖ族化合物半導体層１３の頂面１０及び底面１２の重心位置を結ぶ。

本実施形態の面発光型半導体素子１では、メサ部２０の頂面１４及び底面１６が上記形状を有している。このため、III−Ｖ族化合物半導体の結晶方位により、メサ部２０の側面２０ｄは中心軸Ａに関して良好な対称性を有する。その結果、電流狭窄層１５の側面８は中心軸Ａに関して良好な対称性を有する。具体的には、例えば、各々の側面８は互いに面積が略同じである。このような電流狭窄層１５を有する面発光型半導体素子１では、後述のように、中心軸Ａと中心軸Ｂとのずれ量Ｄが小さくなる。したがって、本実施形態の面発光型半導体素子１は所望の光学特性を有する。

特に、ＤＢＲ部２１の頂面及び底面の重心位置を結ぶ中心軸と中心軸Ａとのずれ量、及び、ＤＢＲ部２１の頂面及び底面の重心位置を結ぶ中心軸と中心軸Ｂとのずれ量を小さくすることが好ましい。これにより、面発光型半導体素子１の光学特性は更に向上する。

また、活性層９がＧａＩｎＮＡｓから構成されることが好ましい。この場合、面発光型半導体素子１から長波長の光Ｌが出射される。

また、III−Ｖ族化合物半導体基板３の主面１５ｓと（１００）面とのなす角２度以上であることが好ましく、２０度以下であることが好ましい。この場合、メサ部２０の結晶性が向上する。具体的には、III−Ｖ族化合物半導体基板３の＜１１１＞方向のオフ角（（１００）面とのなす角）が２度以上であることが好ましく、２０度以下であることが好ましい。

ここで、面発光型半導体素子１の具体的な構造例を表１に示すが、面発光型半導体素子１の構造は本構造例に限定されない。本構造例では、III−Ｖ族化合物半導体基板３の＜１１１＞方向のオフ角は２度である。また、表１中のｘは０．９〜１であることが好ましく、例えば０．９８である。また、ＤＢＲ部２１は、２２層のＡｌＡｓ層と、２２層のＧａＡｓ層とが交互に配列されてなる。ＤＢＲ部５は、２３層のＡｌＡｓ層と、２３層のＧａＡｓ層とが交互に配列されてなる。

（面発光型半導体素子の製造方法）
図３(ａ)〜図３(ｃ)、図５(ａ)、図５(ｂ)、図６(ａ)、図７(ａ)〜図７(ｃ)、図８(ａ)及び図８(ｂ)は、第１実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。図４(ａ)は、第１実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の一工程を模式的に示す平面図である。図４(ｂ)は、図４(ａ)に示されるＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿った断面図である。図５(ｃ)は、エッチングマスクのパターン形状の一例を模式的に示す平面図である。図６(ｂ)は、高さ方向から見たメサ部の一例を模式的に示す平面図である。

以下、本実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の好適な一例として、面発光型半導体素子１の製造方法について説明する。面発光型半導体素子１は、以下の各工程を例えば順次実施することよって好適に製造される。

（ＤＢＲ部形成工程）
図３(ａ)及び図３(ｂ)に示されるように、III−Ｖ族化合物半導体基板３の主面１５ｓ上に、第１のＤＢＲ半導体層５ａと第２のＤＢＲ半導体層５ｂとが交互に配列された第１のＤＢＲ部５と、ＤＢＲ部５上に設けられた半導体領域２０ａと、半導体領域２０ａ上に設けられた第２のＤＢＲ部２１とを形成する。半導体領域２０ａは、III−Ｖ族化合物半導体から構成される活性層９ａと、Ａｌを含むIII−Ｖ族化合物半導体層１５ａとを有する。本実施形態では、III−Ｖ族化合物半導体層１５ａが活性層９ａ上に設けられているが、活性層９ａがIII−Ｖ族化合物半導体層１５ａ上に設けられているとしてもよい。また、本実施形態では、ＤＢＲ部２１はパターニングされている。

具体的には、まず、例えば図３(ａ)に示されるように、III−Ｖ族化合物半導体基板３の主面１５ｓ上に、ＤＢＲ部５と、半導体領域２０ａと、半導体領域２０ａ上に設けられたＤＢＲ部２１ｃとを形成する。ＤＢＲ部２１ｃは、例えば、交互に配列されたＤＢＲ半導体層２１ｄとＤＢＲ半導体層２１ｅとを備える。具体的には、ＤＢＲ半導体層２１ｄは例えばＡｌＡｓから構成され、ＤＢＲ半導体層２１ｅは例えばＧａＡｓから構成される。ＤＢＲ部５は例えばｎ型である。

活性層９ａは、量子井戸構造を有することが好ましい。また、活性層９ａはＧａＩｎＮＡｓから構成されることが好ましい。この場合、長波長の光Ｌを出射可能な面発光型半導体素子１が得られる。具体的には、活性層９ａは例えば交互に配列されたＧａＡｓ層及びＧａＩｎＮＡｓ層を有する。

本実施形態では、ＤＢＲ部５と活性層９ａとの間には、必要に応じて、例えばＧａＡｓから構成される半導体層７ａが設けられる。III−Ｖ族化合物半導体層１５ａとＤＢＲ部２１ｃとの間には、必要に応じて、例えばＧａＡｓから構成される半導体層１７ａと、半導体層１７ａ上に設けられた半導体層１９ａとが設けられる。半導体層１９ａは、例えば、ＧａＡｓから構成され、コンタクト層として機能する。半導体領域２０ａは、例えば半導体層７ａ、活性層９ａ、III−Ｖ族化合物半導体層１５ａ及び半導体層１７ａを有する。

また、III−Ｖ族化合物半導体基板３の主面１５ｓと（１００）面とのなす角が２度以上であることが好ましく、２０度以下であることが好ましい。この場合、III−Ｖ族化合物半導体層１５ａを含む半導体領域２０ａ及びＤＢＲ部５の結晶性が向上する。具体的には、例えば、III−Ｖ族化合物半導体基板３の＜１１１＞方向のオフ角が２度以上であることが好ましく、２０度以下であることが好ましい。

次に、例えば、図３(ｂ)に示されるように、ＤＢＲ部２１ｃ上にマスク４１を形成した後、マスク４１を用いてＤＢＲ部２１ｃをエッチングすることによりＤＢＲ部２１を形成する。マスク４１は、例えばフォトリソグラフィー法を用いて形成されるレジストマスクである。エッチング法としては、例えばウェットエッチング法又はドライエッチング法等が挙げられる。

（第１の絶縁層形成工程）
本実施形態では、必要に応じて、図３(ｃ)に示されるように、マスク４１を剥離除去した後、ＤＢＲ部２１及び半導体層１９ａ上に絶縁層４０を形成する。絶縁層４０は例えばＳｉＮ、ＳｉＯＮ等から構成される。なお、ＤＢＲ部２１が、例えば交互に配列されたＧａＡｓ層及びＡｌＧａＡｓ層からなる場合には、絶縁層４０を形成しなくてもよい。

（エッチングマスク形成工程）
図４(ａ)、図４(ｂ)、図５(ａ)、図５(ｂ)及び図５(ｃ)に示されるように、＜００１＞方向に沿って延びる第１の辺ｑ１及び第２の辺ｑ２と、＜０１０＞方向に沿って延びる第３の辺ｑ３及び第４の辺ｑ４とを含むパターン形状を有するフォトマスク４９を用いて、ＤＢＲ部２１上にエッチングマスクＭを形成する。本実施形態では、エッチングマスクＭは、半導体領域２０ａ上にも形成されている。

具体的には、まず、例えば図４(ａ)及び図４(ｂ)に示されるように、絶縁層４０上に形成されたレジスト膜５１に、フォトマスク４９を介して光Ｌ１を照射する。フォトマスク４９は、例えば、パターン部４５と、パターン部４５を取り囲む非パターン部４７とを有する。具体的には、パターン部４５のパターン形状は例えば正方形等の四角形であることが好ましい。中心軸Ａは、パターン部４５の重心位置を通り露光方向に沿っている。

次に、例えば、図５(ａ)に示されるように、露光が施されたレジスト膜を現像することにより、絶縁層４０上にレジストマスク５３を形成する。

次に、例えば、図５(ｂ)に示されるように、レジストマスク５３を用いて絶縁層４０及び半導体層１９ａをエッチングすることにより、それぞれ絶縁層５５及び半導体層１９を形成する。その結果、例えばレジストマスク５３及び絶縁層５５を有するエッチングマスクＭが形成される。

エッチングマスクＭは、例えば図５(ｃ)に示されるように、＜００１＞方向に沿って延びる第１の辺ｍ１及び第２の辺ｍ２と、＜０１０＞方向に沿って延びる第３の辺ｍ３及び第４の辺ｍ４とを含むパターン形状を有する。具体的には、エッチングマスクＭのパターン形状は例えば正方形等の四角形であることが好ましい。エッチングマスクＭのパターン形状は、例えばフォトマスク４９のパターン部４５の形状に対応する。また、上述の中心軸Ａは、エッチングマスクＭのパターン形状の重心位置を通る。

（メサ部形成工程）
図６(ａ)及び図６(ｂ)に示されるように、エッチングマスクＭを用いて、半導体領域２０ａをウェットエッチングすることにより、半導体領域２０ａからメサ部２０ｂを形成する。具体的には、例えば半導体層１７ａ、III−Ｖ族化合物半導体層１５ａ、活性層９ａ及び半導体層７ａがウェットエッチングされることにより、それぞれ半導体層１７、III−Ｖ族化合物半導体層１５ｂ、活性層９及び半導体層７が形成される。メサ部２０ｂは、図６(ｂ)に示されるように、例えば以下のような形状を有する。

メサ部２０ｂの頂面１４ａは、第１の辺ｓ１、第２の辺ｓ２、第３の辺ｓ３及び第４の辺ｓ４を含む形状を有する。具体的には、頂面１４ａの形状は例えば正方形等の四角形であることが好ましい。辺ｓ１及び辺ｓ２は＜００１＞方向に沿って延びる。辺ｓ３及び辺ｓ４は＜０１０＞方向に沿って延びる。

メサ部２０ｂの底面１６ａは、第１の辺ｔ１、第２の辺ｔ２、第３の辺ｔ３及び第４の辺ｔ４を含む形状を有する。具体的には、底面１６ａの形状は例えば正方形等の四角形であることが好ましい。辺ｔ１及び辺ｔ２は＜００１＞方向に沿って延びる。辺ｔ３及び辺ｔ４は＜０１０＞方向に沿って延びる。メサ部２０ｂの底面１６ａの形状は、例えばフォトマスク４９のパターン部４５に対応する。また、上述の中心軸Ａは、メサ部２０ｂの頂面１４ａ及び底面１６ａの重心位置を結ぶ。

（電流狭窄層形成工程）
図７(ａ)に示されるように、例えば、レジストマスク５３を剥離除去した後に、メサ部２０ｂの側面２０ｃを酸素雰囲気に晒すことにより、III−Ｖ族化合物半導体層１５ｂから電流狭窄層１５を形成する。このとき、例えば絶縁層５５がマスクとして機能する。メサ部２０ｂの側面２０ｃから中心軸Ａに向けて徐々にIII−Ｖ族化合物半導体層１５ｂが酸化される。これにより、III−Ｖ族化合物半導体層１５ｂの側面１５ｃを含む外周領域に酸化物層１１が形成される。その結果、中心軸Ａを含む領域には、III−Ｖ族化合物半導体層１３が残存する。この残存したIII−Ｖ族化合物半導体層１３中を電流が通過することによって電流が狭窄される。

（第２の絶縁層形成工程）
本実施形態では、例えば、図７(ｂ)に示されるように、絶縁層５５を剥離除去した後に、ＤＢＲ部２１、半導体層１９、半導体層１７、電流狭窄層１５、活性層９及び半導体層７を覆うようにＤＢＲ部５上に絶縁層５７を形成する。絶縁層５７は、例えばＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ_２等から構成される。絶縁層５７は、例えばパッシベーション膜又は層間絶縁膜等となる。

（エッチング工程）
本実施形態では、例えば、図７(ｃ)に示されるように、絶縁層５７上にレジストマスク５９を形成した後に、レジストマスク５９を用いて絶縁層５７をエッチングすることにより、半導体層１９上に環状の開口が形成された絶縁層６１を形成する。レジストマスク５９は、例えばフォトリソグラフィー法を用いて形成される。

（第１の電極形成工程）
本実施形態では、例えば、図８(ａ)に示されるように、絶縁層６１の開口内に電極２３を形成する。電極２３は、例えばリフトオフ法を用いて形成される。具体的には、例えば、蒸着法を用いてレジストマスク５９上に電極層（図示せず）を形成し、レジストマスク５９を剥離除去することにより絶縁層６１の開口内に電極２３を形成する。

（配線形成工程）
図８(ｂ)に示されるように、必要に応じて、電極２３及び絶縁層６１上に、電極２３に電気的に接続された配線２７を形成する。配線２７は、例えばリフトオフ法を用いて形成される。具体的には、例えば、絶縁層６１及び電極２３上に、フォトリソグラフィー法を用いてレジストマスク（図示せず）を形成し、蒸着法を用いて当該レジストマスク上に配線層（図示せず）を形成する。その後、当該レジストマスクを剥離除去することにより配線２７を形成する。

（第２の電極形成工程）
本実施形態では、例えば、図１に示されるように、フォトリソグラフィー法を用いて絶縁層６１におけるＤＢＲ部２１上の部分を除去し、III−Ｖ族化合物半導体基板３の裏面３１上に電極２９を形成する。

上述の面発光型半導体素子１の製造方法では、フォトマスク４９が上記パターン形状を有するので、上記パターン形状を有するエッチングマスクＭが形成される。さらに、そのようなエッチングマスクＭを用いることにより、所望の形状を有するメサ部２０ｂが形成される。よって、電流狭窄層形成工程において、酸化の進行速度が中心軸Ａに関して良好な対称性を有する。これは、III−Ｖ族化合物半導体の結晶方位により、形成されるメサ部２０ｂの側面２０ｃが中心軸Ａに関して良好な対称性を有する結果、III−Ｖ族化合物半導体層１５ｂの側面１５ｃも中心軸Ａに関して良好な対称性を有するからと考えられる。このため、中心軸Ｂと中心軸Ａとのずれ量Ｄを小さくすることができる。したがって、本実施形態の面発光型半導体素子の製造方法によれば、所望の光学特性を有する面発光型半導体素子１が得られる。

また、図１６に示されるメサ部２２０が所望の形状に形成されないのは、メサ部２２０をエッチングにより形成する際に、（０−１１）面及び（０１−１）面のエッチングレートが（０１１）面及び（０−１−１）面のエッチングレートよりも速いからと推察される。これに対して、上記メサ部２０ｂをエッチングにより形成する際には、かかるエッチングレート差が殆どない。このため、メサ部２０ｂは所望の形状に形成されると考えられる。

（第２実施形態）
（面発光型半導体素子）
図９は、第２実施形態に係る面発光型半導体素子を模式的に示す断面図である。図９に示される面発光型半導体素子１０１は、III−Ｖ族化合物半導体基板３の主面１５ｓ上に、第１のＤＢＲ半導体層５ａと第２のＤＢＲ半導体層５ｂとが交互に配列された第１のＤＢＲ部５と、第２のＤＢＲ部１２１と、ＤＢＲ部５とＤＢＲ部１２１との間に設けられ活性層９及び電流狭窄層１５を含むメサ部２０とを備える。本実施形態では、電流狭窄層１５が活性層９上に設けられているが、活性層９が電流狭窄層１５上に設けられるとしてもよい。

ＤＢＲ部１２１は、例えば、交互に配列されたＤＢＲ半導体層１２１ａとＤＢＲ半導体層１２１ｂとを備える。具体的には、ＤＢＲ半導体層１２１ａは例えばＡｌＡｓから構成され、ＤＢＲ半導体層１２１ｂは例えばＧａＡｓから構成される。ＤＢＲ部５は例えばｎ型であり、ＤＢＲ部１２１は例えばｐ型である。

本実施形態では、ＤＢＲ部５がIII−Ｖ族化合物半導体基板３上に設けられることが好ましい。ＤＢＲ部５と活性層９との間には、必要に応じて、例えばＧａＡｓから構成される半導体層７が設けられる。電流狭窄層１５とＤＢＲ部１２１との間には、必要に応じて、例えばＧａＡｓから構成される半導体層１７と、半導体層１７上に設けられた半導体層１１９とが設けられる。半導体層１１９は、例えば、ＧａＡｓから構成される。ＤＢＲ部１２１上には、例えば、半導体層１１９に電気的に接続された電極１２３が設けられている。電極１２３の形状は、例えば環状である。また、III−Ｖ族化合物半導体基板３の裏面３１上には例えば電極２９が設けられている。

ＤＢＲ部５上には、ＤＢＲ部１２１の側面及びメサ部２０の側面２０ｄを覆うように絶縁層１２５が設けられることが好ましい。絶縁層１２５は、例えばＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ_２等から構成される。電極１２３及び絶縁層１２５上には、必要に応じて、電極１２３に電気的に接続された配線１２７が設けられている。

面発光型半導体素子１０１では、例えば、電極１２３と電極２９との間に電流を供給すると、電流狭窄層１５によって狭窄された電流が活性層９に注入され、光１００Ｌが出射される。面発光型半導体素子１０１としては例えば面発光レーザ等が挙げられる。

本実施形態の面発光型半導体素子１０１では、第１実施形態と同様に、メサ部２０の頂面１４及び底面１６が上述の形状を有している（図２参照）。このため、第１実施形態と同様に、中心軸Ａと中心軸Ｂとのずれ量Ｄを小さくすることができる。したがって、本実施形態の面発光型半導体素子１０１は所望の光学特性を有する。

特に、ＤＢＲ部１２１の頂面及び底面の重心位置を結ぶ中心軸と中心軸Ａとのずれ量、及び、ＤＢＲ部１２１の頂面及び底面の重心位置を結ぶ中心軸と中心軸Ｂとのずれ量を小さくすることが好ましい。これにより、面発光型半導体素子１０１の光学特性は更に向上する。

また、活性層９がＧａＩｎＮＡｓから構成されることが好ましい。この場合、面発光型半導体素子１０１から長波長の光１００Ｌが出射される。

（面発光型半導体素子の製造方法）
図１０は、第２実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の一工程を模式的に示す平面図である。図１１(ａ)は、第２実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の一工程を模式的に示す平面図である。図１１(ｂ)は、図１１(ａ)に示されるＸＩｂ−ＸＩｂ線に沿った断面図である。図１２(ａ)は、第２実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の一工程を模式的に示す平面図である。図１２(ｂ)は、エッチングマスクのパターン形状の一例を模式的に示す平面図である。図１３(ａ)〜図１３(ｃ)及び図１４(ａ)〜図１４(ｃ)は、第２実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。

以下、本実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の好適な一例として、面発光型半導体素子１０１の製造方法について説明する。面発光型半導体素子１０１は、以下の各工程を例えば順次実施することよって好適に製造される。

（ＤＢＲ部形成工程）
図１０(ａ)に示されるように、III−Ｖ族化合物半導体基板３の主面１５ｓ上に、第１のＤＢＲ半導体層５ａと第２のＤＢＲ半導体層５ｂとが交互に配列された第１のＤＢＲ部５と、ＤＢＲ部５上に設けられた半導体領域２０ａと、半導体領域２０ａ上に設けられた第２のＤＢＲ部１２１ｃとを形成する。ＤＢＲ部１２１ｃは、例えば、交互に配列されたＤＢＲ半導体層１２１ｄとＤＢＲ半導体層１２１ｅとを備える。具体的には、ＤＢＲ半導体層１２１ｄは例えばＡｌＡｓから構成され、ＤＢＲ半導体層１２１ｅは例えばＧａＡｓから構成される。ＤＢＲ部１２１ｃは例えばｐ型である。活性層９ａはＧａＩｎＮＡｓから構成されることが好ましい。この場合、長波長の光１００Ｌを出射可能な面発光型半導体素子１０１が得られる。

本実施形態では、ＤＢＲ部５と活性層９ａとの間には、必要に応じて、例えばＧａＡｓから構成される半導体層７ａが設けられる。III−Ｖ族化合物半導体層１５ａとＤＢＲ部１２１ｃとの間には、必要に応じて、例えばＧａＡｓから構成される半導体層１７ａと、半導体層１７ａ上に設けられた半導体層１９ａとが設けられる。半導体層１９ａは、例えば、ＧａＡｓから構成される。

（エッチングマスク形成工程）
図１１(ａ)、図１１(ｂ)、図１２(ａ)及び図１２(ｂ)に示されるように、＜００１＞方向に沿って延びる第１の辺ｑ１及び第２の辺ｑ２と、＜０１０＞方向に沿って延びる第３の辺ｑ３及び第４の辺ｑ４とを含むパターン形状を有するフォトマスク４９を用いて、ＤＢＲ部１２１ｃ上にエッチングマスク１５３を形成する。

具体的には、まず、例えば図１１(ａ)及び図１１(ｂ)に示されるように、ＤＢＲ部１２１ｃ上に形成されたレジスト膜１５１に、フォトマスク４９を介して光Ｌ１を照射する。

次に、例えば、図１２(ａ)及び図１２(ｂ)に示されるように、露光が施されたレジスト膜を現像することによりエッチングマスク１５３を形成する。

エッチングマスク１５３は、例えば図１２(ｂ)に示されるように、＜００１＞方向に沿って延びる第１の辺ｎ１及び第２の辺ｎ２と、＜０１０＞方向に沿って延びる第３の辺ｎ３及び第４の辺ｎ４とを含むパターン形状を有する。具体的には、エッチングマスク１５３のパターン形状は例えば正方形等の四角形であることが好ましい。エッチングマスク１５３のパターン形状は、例えば図１１(ａ)に示されるフォトマスク４９のパターン部４５の形状に対応する。また、上述の中心軸Ａは、エッチングマスク１５３のパターン形状の重心位置を通る。

（メサ部形成工程）
本実施形態では、図１３(ａ)に示されるように、エッチングマスク１５３を用いて、ＤＢＲ部１２１ｃをウェットエッチングすることにより、ＤＢＲ部１２１ｃからＤＢＲ部１２１を形成する。また、エッチングマスク１５３を用いて、半導体領域２０ａをウェットエッチングすることにより、半導体領域２０ａからメサ部２０ｂを形成する。具体的には、例えば半導体層１９ａ、半導体層１７ａ、III−Ｖ族化合物半導体層１５ａ、活性層９ａ及び半導体層７ａがウェットエッチングされることにより、それぞれ半導体層１１９、半導体層１７、III−Ｖ族化合物半導体層１５ｂ、活性層９及び半導体層７が形成される。メサ部２０ｂは例えば図６(ｂ)に示される形状を有する。

（電流狭窄層形成工程）
図１３(ｂ)に示されるように、メサ部２０ｂの側面２０ｃを酸素雰囲気に晒すことにより、III−Ｖ族化合物半導体層１５ｂから電流狭窄層１５を形成する。このとき、例えばエッチングマスク１５３がマスクとして機能する。

（絶縁層形成工程）
本実施形態では、例えば、図１３(ｃ)に示されるように、エッチングマスク１５３を剥離除去した後に、メサ部２０の側面２０ｄ及びＤＢＲ部１２１を覆うようにＤＢＲ部５上に絶縁層１５７を形成する。絶縁層１５７は、例えばＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ_２等から構成される。絶縁層１５７は、例えばパッシベーション膜又は層間絶縁膜等となる。

（エッチング工程）
本実施形態では、例えば、図１４(ａ)に示されるように、絶縁層１５７上にレジストマスク１５９を形成した後に、レジストマスク１５９を用いて絶縁層１５７をエッチングすることにより、ＤＢＲ部１２１上に環状の開口が形成された絶縁層１６１を形成する。レジストマスク１５９は、例えばフォトリソグラフィー法を用いて形成される。

（第１の電極形成工程）
本実施形態では、例えば、図１４(ｂ)に示されるように、絶縁層１６１の開口内に環状の電極１２３を形成する。電極１２３は、例えばリフトオフ法を用いて形成される。具体的には、例えば、蒸着法を用いてレジストマスク１５９上に電極層（図示せず）を形成し、レジストマスク１５９を剥離除去することにより絶縁層１６１の開口内に電極１２３を形成する。

（配線形成工程）
図１４(ｃ)に示されるように、必要に応じて、電極１２３及び絶縁層１６１上に、電極１２３に電気的に接続された配線１２７を形成する。配線１２７は、例えばリフトオフ法を用いて形成される。具体的には、例えば、絶縁層１６１及び電極１２３上に、フォトリソグラフィー法を用いてレジストマスク（図示せず）を形成し、蒸着法を用いて当該レジストマスク上に配線層（図示せず）を形成する。その後、当該レジストマスクを剥離除去することにより配線１２７を形成する。

（第２の電極形成工程）
本実施形態では、例えば、図９に示されるように、フォトリソグラフィー法を用いて絶縁層１６１におけるＤＢＲ部１２１上の部分を除去し、III−Ｖ族化合物半導体基板３の裏面３１上に電極２９を形成する。

上述の面発光型半導体素子１０１の製造方法では、フォトマスク４９が上記パターン形状を有するので、上記パターン形状を有するエッチングマスク１５３が形成される。さらに、そのようなエッチングマスク１５３を用いることにより、所望の形状を有するメサ部２０ｂが形成される。したがって、本実施形態の面発光型半導体素子の製造方法によれば、第１実施形態と同様に、所望の光学特性を有する面発光型半導体素子１０１が得られる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されない。

例えば、上記第１及び第２実施形態において、フォトマスク４９を用いずにエッチングマスクＭ，１５３を形成してもよい。この場合であっても、所望の光学特性を有する面発光型半導体素子１，１０１が得られる。

第１実施形態に係る面発光型半導体素子を模式的に示す断面図である。厚さ方向から見たメサ部の一例を模式的に示す平面図である。図３(ａ)〜図３(ｃ)は、第１実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。図４(ａ)は、第１実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の一工程を模式的に示す平面図であり、図４(ｂ)は、図４(ａ)に示されるＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿った断面図である。図５(ａ)及び図５(ｂ)は、第１実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の各工程を模式的に示す断面図であり、図５(ｃ)は、エッチングマスクのパターン形状の一例を模式的に示す平面図である。図６(ａ)は、第１実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の各工程を模式的に示す断面図であり、図６(ｂ)は、高さ方向から見たメサ部の一例を模式的に示す平面図である。図７(ａ)〜図７(ｃ)は、第１実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。図８(ａ)及び図８(ｂ)は、第１実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。第２実施形態に係る面発光型半導体素子を模式的に示す断面図である。第２実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の一工程を模式的に示す断面図である。図１１(ａ)は、第２実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の一工程を模式的に示す平面図であり、図１１(ｂ)は、図１１(ａ)に示されるＸＩｂ−ＸＩｂ線に沿った断面図である。図１２(ａ)は、第２実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の一工程を模式的に示す平面図であり、図１２(ｂ)は、エッチングマスクのパターン形状の一例を模式的に示す平面図である。図１３(ａ)〜図１３(ｃ)は、第２実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。図１４(ａ)〜図１４(ｃ)は、第２実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。面発光レーザの一例を模式的に示す断面図である。厚さ方向から見たメサ部を模式的に示す平面図である。

符号の説明

１，１０１…面発光型半導体素子、３…III−Ｖ族化合物半導体基板、４…第１のエリア、５ａ…第１のＤＢＲ半導体層、５ｂ…第２のＤＢＲ半導体層、５ｓ…第１のＤＢＲ部の表面、５…第１のＤＢＲ部、６…第２のエリア、９，９ａ…活性層、１１…酸化物層、１３，１５ａ…III−Ｖ族化合物半導体層、１４…メサ部の頂面、１５…電流狭窄層、１５ｓ…III−Ｖ族化合物半導体基板の主面、１６…メサ部の底面、２０，２０ｂ…メサ部、２０ａ…半導体領域、２０ｃ…メサ部の側面、２１，１２１，１２１ｃ…第２のＤＢＲ部、４９…フォトマスク、Ｍ，１５３…エッチングマスク、ｍ１，ｎ１，ｑ１，ｒ１…第１の辺、ｍ２，ｎ２，ｑ２，ｒ２…第２の辺、ｍ３，ｎ３，ｑ３，ｒ３…第３の辺、ｍ４，ｎ４，ｑ４，ｒ４…第４の辺、ｐ１…第５の辺、ｐ２…第６の辺、ｐ３…第７の辺、ｐ４…第８の辺。

Claims

III−Ｖ族化合物半導体基板の主面上に、第１のＤＢＲ半導体層と第２のＤＢＲ半導体層とが交互に配列された第１のＤＢＲ部と、前記第１のＤＢＲ部上に設けられIII−Ｖ族化合物半導体から構成される活性層と前記第１のＤＢＲ部上に設けられＡｌを含むIII−Ｖ族化合物半導体層とを有する半導体領域と、前記半導体領域上に設けられた第２のＤＢＲ部と、を形成する工程と、
＜００１＞方向に沿って延びる第１及び第２の辺と、＜０１０＞方向に沿って延びる第３及び第４の辺と、を含むパターン形状を有するフォトマスクを用いて、前記第２のＤＢＲ部上にエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクを用いて、前記半導体領域をウェットエッチングすることにより、前記半導体領域からメサ部を形成する工程と、
前記メサ部の側面を酸素雰囲気に晒すことにより、前記III−Ｖ族化合物半導体層から電流狭窄層を形成する工程と、
を含む、面発光型半導体素子の製造方法。
前記活性層がＧａＩｎＮＡｓから構成される、請求項１に記載の面発光型半導体素子の製造方法。
前記III−Ｖ族化合物半導体基板の前記主面と（１００）面とのなす角が２度以上である、請求項１又は２に記載の面発光型半導体素子の製造方法。
III−Ｖ族化合物半導体基板の主面上に、
第１のＤＢＲ半導体層と第２のＤＢＲ半導体層とが交互に配列された第１のＤＢＲ部と、
第２のＤＢＲ部と、
前記第１のＤＢＲ部と前記第２のＤＢＲ部との間に設けられ活性層及び電流狭窄層を含むメサ部と、
を備え、
前記活性層はIII−Ｖ族化合物半導体から構成され、
前記電流狭窄層は、Ａｌを含むIII−Ｖ族化合物半導体層と、Ａｌを含む酸化物層とを有し、
前記III−Ｖ族化合物半導体層は前記第１のＤＢＲ部の表面における第１のエリア上に設けられており、前記酸化物層は前記第１のエリアを取り囲む第２のエリア上に設けられており、
前記メサ部の頂面は、＜００１＞方向に沿って延びる第１及び第２の辺と、＜０１０＞方向に沿って延びる第３及び第４の辺と、を含む形状を有し、
前記メサ部の底面は、＜００１＞方向に沿って延びる第５及び第６の辺と、＜０１０＞方向に沿って延びる第７及び第８の辺と、を含む形状を有する、面発光型半導体素子。
前記活性層がＧａＩｎＮＡｓから構成される、請求項４に記載の面発光型半導体素子。
前記III−Ｖ族化合物半導体基板の前記主面と（１００）面とのなす角が２度以上である、請求項４又は５に記載の面発光型半導体素子。