JP4720051B2 - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、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に関し、特に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザや発光ダイオードあるいは電子走行素子の製造に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、結晶内の欠陥密度が低い窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の製造方法としては、ＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）（Japanese Journal of Applied Physics vol.36(1997)p.L899) や、ＥＬＯの改良版とも言うべきＰＥＮＤＥＯ（Applied Physics Letters vol.75(1999)pp.196-198) などの横方向結晶成長技術が用いられている。そして、光ディスクの高密度化に必要である青色領域から紫外線領域におよぶ発光が可能な半導体レーザとして近年盛んに研究開発が行われている、ＡｌＧａＩｎＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザも、こうした基板を用いることで長寿命化が実現されている（Japanese Journal of Applied Physics vol.36(1997)pp.L1568-L1571) 。
【０００３】
図８〜図１４に、ＰＥＮＤＥＯを用いて得られた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を用いて半導体レーザを製造する方法を示す。この方法では、図８に示すように、まず、ｃ面サファイア基板１０１上に低温で成長させたＧａＮバッファ層１０２を介してＧａＮ層１０３を成長させる。次に、図９に示すように、このＧａＮ層１０３をエッチングすることにより〈１−１００〉方向に延在するストライプ形状にパターニングする。このパターニング後のＧａＮ層１０３の平面形状を図１０に示す。次に、図１１および図１２に示すように、このＧａＮ層１０３を種結晶として、ｃ面サファイア基板１０１の全面で連続膜となるようにＧａＮ層１０４を横方向成長させる。このＧａＮ層１０４の面方位は（０００１）となる。
【０００４】
次に、図１３に示すように、このようにして得られた低欠陥密度のＧａＮ層１０４上に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０５、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０６、ｎ型ＧａＮ光導波層１０７、活性層１０８、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０９、ｐ型ＧａＮ光導波層１１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１１およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１２を順次エピタキシャル成長させる。
【０００５】
次に、図１４に示すように、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０５の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０６、ｎ型ＧａＮ光導波層１０７、活性層１０８、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０９、ｐ型ＧａＮ光導波層１１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１１およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１２をエッチングによりメサ形状にパターニングした後、さらにｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１１およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１２をエッチングによりパターニングすることによりリッジ１１３を形成する。この後、ｐ側電極およびｎ側電極の形成などの工程を経て、目的とするＧａＮ系半導体レーザが製造される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ｃ面サファイア基板１０１上にＧａＮ系半導体層をエピタキシャル成長させる上述の従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法には、次のような問題があった。すなわち、サファイアとＧａＮなどのＧａＮ系半導体とは格子定数および熱膨張係数が互いに大きく異なるため、ｃ面サファイア基板１０１上にＧａＮ系半導体層をエピタキシャル成長させると、基板全体が大きく反ってしまう。例えば、ｃ面サファイア基板１０１の直径が５０ｍｍ（２インチ）で厚さが４３０μｍの場合における基板の反り量とＧａＮ系半導体層の厚さとの関係は図１５に示すようになり、ＧａＮ系半導体層の厚さの増加に伴って反り量が増加する。図１５には、参考のために、ＰＥＮＤＥＯを用いず、ｃ面サファイア基板１０１上にＧａＮ系半導体層を直接エピタキシャル成長させたときの反り量も載せてあるが、ＰＥＮＤＥＯを用いた場合と大差ない。図１５より、直径５０ｍｍで厚さ４３０μｍのｃ面サファイア基板１０１の反り量は、ＧａＮ系半導体層の厚さが７μｍのとき８０μｍ程度になることが分かる。
【０００７】
ｃ面サファイア基板１０１にこのような大きな反りが生じると、ＧａＮ系半導体レーザの製造工程、特にリッジを形成するためのフォトリソグラフィー工程における露光やｃ面サファイア基板１０１の裏面研削などに支障が生じる。
【０００８】
すなわち、露光工程においては、図１６に示すように、ＧａＮ系半導体層１１４を成長させたｃ面サファイア基板１０１の表面にレジスト（図示せず）を塗布したものにフォトマスク１１５を用いて露光を行う。フォトマスク１１５は、透明なガラス基板１１５ａ上にマスクパターン１１５ｂを形成したものである。この露光においては、ｃ面サファイア基板１０１に上記のような大きな反りが生じていると、フォトマスク１１５とレジストとの間の距離が基板面内で不均一になって焦点ずれが生じたり、基板面内でフォトマスク１１５と基板との寸法のずれが生じたりすることにより、基板面全体で精度良くマスク合わせを行うことが困難である。ところで、ＧａＮ系半導体レーザの発光効率の低下、信頼性の低下、寿命の低下などを防止するため、図１７に示すように、電流注入領域となるリッジ１１３は、レーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層１１４のうちの、種結晶であるＧａＮ層１０３と横方向成長の会合部１１６との間の欠陥密度の低い領域１１７に形成する必要がある。しかしながら、上述のようにｃ面サファイア基板１０１に大きな反りが生じていると基板面全体で精度良くマスク合わせを行うことができないため、リッジ１１３の形成位置が欠陥密度の低い領域１１７から外れてしまう箇所が発生するのを避けることができない。また、ｃ面サファイア基板１０１の周辺部と中心部とでフォトマスク１１５による露光パターンの幅が異なり、周辺部の方が中心部に比べて大きくなる結果、リッジ１１３の幅が周辺部では中心部に比べて大きくなって基板面全体でリッジ１１３の幅が不揃いとなり、ＧａＮ系半導体レーザの歩留まりの低下をもたらす。
【０００９】
また、共振器端面を形成するために、ＧａＮ系半導体層１１４を成長させたｃ面サファイア基板１０１の劈開を行うのが一般的であるが、この劈開を容易に行うためには、ｃ面サファイア基板１０１の裏面を研削（ラッピング）して薄くする必要がある。ところが、上記のように大きな反りが生じていると、研削時にｃ面サファイア基板１０１が割れてしまうという問題が発生する。
【００１０】
これらの問題を解消するために、ｃ面サファイア基板１０１の厚さを大きくして反り量を低減することも考えられるが、ｃ面サファイア基板１０１の厚さを大きくすると研削に膨大な時間を要するため、現実的な対策ではない。
【００１１】
したがって、この発明が解決しようとする課題は、基板の反り量の大幅な低減を図ることができる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板およびこのような窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を簡単なプロセスで容易に製造することができる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の製造方法を提供することにある。
【００１２】
この発明が解決しようとする他の課題は、基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が形成された窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を用いて半導体発光素子を製造する場合に、基板の反り量の大幅な低減を図ることができ、フォトリソグラフィー工程における露光や基板の裏面研削を短時間で支障なく行うことができる半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【００１３】
この発明が解決しようとするさらに他の課題は、基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が形成された窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を用いて半導体装置を製造する場合に、基板の反り量の大幅な低減を図ることができ、フォトリソグラフィー工程における露光や基板の裏面研削などを支障なく行うことができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１４】
この発明が解決しようとする他の課題は、上記のような窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板あるいはその製造方法を利用した半導体発光素子の製造方法および半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った。その概要について説明すると、次のとおりである。
図１２に示すように、従来のＰＥＮＤＥＯにおいては、ＧａＮ層１０４が基板面全体で連続膜となるまで横方向成長を行うことを当然のこととしている。そして、その上にレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層をエピタキシャル成長させている。このようにＰＥＮＤＥＯにより横方向成長させたＧａＮ層１０４およびその上にエピタキシャル成長させたＧａＮ系半導体層１１４が連続膜となって基板面全体にわたって延在していることが、ｃ面サファイア基板１０１に大きな反りが生じる原因である。
【００１６】
そこで、本発明者は、ｃ面サファイア基板の反り量の低減を図るためには、ＰＥＮＤＥＯにより横方向成長させるＧａＮ層およびその上にエピタキシャル成長させるＧａＮ系半導体層が基板面全体にわたって連続膜とならないようにすることが有効であると考え、そのための具体的な方策を見い出したものである。
すなわち、従来は、図９および図１０に示すように、ｃ面サファイア基板１０１の全面にわたって、種結晶となるストライプ形状のＧａＮ層１０３を間隔Ｗで周期的に形成している。ここで、ＷはＧａＮ層１０３から横方向成長するＧａＮ層１０４が完全につながるように選ばれている。ＧａＮ層１０３の幅をＷ1 、それらの間にある欠陥密度が低い領域全体の幅をＷ2 とするとＷ＝Ｗ1 ＋Ｗ2 となる。
【００１７】
これに対し、図１に示すように、種結晶であるストライプ形状のＧａＮ層３を間隔Ｗで周期的に形成することを基調としつつも、ＧａＮ層３から横方向成長するＧａＮ層４がつながらないような、Ｗ´＞Ｗを満たす間隔となる箇所を少なくとも一箇所設けることを考える。図１において、符号１はｃ面サファイア基板、２はＧａＮバッファ層を示す。このようにすれば、図２に示すように、横方向成長するＧａＮ層４が基板面上で分断され、その上にエピタキシャル成長されるＧａＮ系半導体層も同様に分断されたものとなるため、ｃ面サファイア基板１の反り量は大幅に低減されることになる。
【００１８】
以上のことは、横方向結晶成長技術としてＰＥＮＤＥＯを用いる場合に限られず、他の横方向結晶成長技術を用いる場合にも成立し得るものである。また、基板がサファイアと異なる物質からなる場合であっても成立し得るものである。
この発明は、本発明者による以上の検討に基づいてさらに検討を行った結果、案出されたものである。
【００１９】
すなわち、上記課題を解決するために、この発明の第１の発明は、
基板の一主面上に成長された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をパターニングすることにより形成されたストライプ形状の種結晶を用いて基板上に第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板において、
互いに隣接する少なくとも一対の種結晶から横方向成長した第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が会合していない領域を有する
ことを特徴とするものである。
【００２０】
この発明の第２の発明は、
基板の一主面上に第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をパターニングすることによりストライプ形状の種結晶を形成し、この際、第１の領域では種結晶が第１の間隔で周期的に形成され、第２の領域では種結晶が第１の間隔より大きい第２の間隔で形成されるようにする工程と、
種結晶を用いて基板上に第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させる工程とを有する
ことを特徴とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の製造方法である。
【００２１】
この発明の第３の発明は、
基板の一主面上に成長された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をパターニングすることによりストライプ形状の種結晶を形成し、この種結晶を用いて基板上に第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させ、この際、互いに隣接する少なくとも一対の種結晶から横方向成長した第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が会合していない領域を有するようにした窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を用い、
この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板上に、発光素子構造を形成する第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させるようにした
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
【００２２】
この発明の第４の発明は、
基板の一主面上に第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をパターニングすることによりストライプ形状の種結晶を形成し、この際、第１の領域では種結晶が第１の間隔で周期的に形成され、第２の領域では種結晶が第１の間隔より大きい第２の間隔で形成されるようにする工程と、
種結晶を用いて基板上に第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させる工程と、
第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に、発光素子構造を形成する第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
【００２３】
この発明の第５の発明は、
基板の一主面上に成長された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をパターニングすることによりストライプ形状の種結晶を形成し、この種結晶を用いて基板上に第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させ、この際、互いに隣接する少なくとも一対の種結晶から横方向成長した第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が会合していない領域を有するようにした窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を用い、
この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板上に、素子構造を形成する第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させるようにした
ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００２４】
この発明の第６の発明は、
基板の一主面上に第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をパターニングすることによりストライプ形状の種結晶を形成し、この際、第１の領域では種結晶が第１の間隔で周期的に形成され、第２の領域では種結晶が第１の間隔より大きい第２の間隔で形成されるようにする工程と、
種結晶を用いて基板上に第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させる工程と、
第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に、素子構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００２５】
この発明の第１、第３および第５の発明において、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板は、典型的には、種結晶が第１の間隔で周期的に形成されている第１の領域と、種結晶が第１の間隔より大きい第２の間隔で形成されている第２の領域とを有する。この第２の領域では、互いに隣接する少なくとも一対の種結晶から横方向成長する第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が会合しないようにすることができる。
【００２６】
この発明において、互いに隣接する少なくとも一対の種結晶から横方向成長した第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が会合していない領域あるいは種結晶が第１の間隔より大きい第２の間隔で形成されている第２の領域は少なくとも一つあればよいが、基板の反り量をより低減し、あるいは、基板が大型化しても反り量を小さく抑える観点からは、好適には複数設けられる。これらの領域を複数設ける場合、これらの領域は周期的に設けてもよいし、非周期的に設けてもよい。
【００２７】
この発明において、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に発光素子構造などの素子構造を形成する第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が成長される場合、典型的には、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が会合していない領域において第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層がつながらず、分断された状態となる。
【００２８】
この発明において、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、Ｇａ、Ａｌ、ＩｎおよびＢからなる群より選ばれた少なくとも一種のＩＩＩ族元素と、少なくともＮを含み、場合によってさらにＡｓまたはＰを含むＶ族元素とからなり、具体例を挙げると、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどである。
【００２９】
最も典型的には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はＧａＮ層であるが、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＩｎＮ層などであることもある。特に、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層がＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＩｎＮ層である場合には、それぞれＧａＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、ＩｎＧａＮ基板、ＡｌＧａＩｎＮ基板を得ることができる。これらのＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＩｎＮ層はノンドープであっても、ｎ型不純物またはｐ型不純物をドーピングしたものであってもよく、前者の場合にはノンドープの基板が、後者の場合にはｎ型またはｐ型の基板を得ることができる。
種結晶は好適には、〈１−１００〉方向に互いに平行に延在するストライプ形状を有する。
【００３０】
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる基板は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なる物質からなる基板であり、具体的には、サファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板、スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）基板、酸化シリコン基板などである。この基板の形状は、基本的にはどのような形状であってもよいが、典型的には円形である。
【００３１】
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法としては、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相エピタキシャル成長またはハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）などを用いることができ、成長は常圧で行っても減圧で行ってもよい。
【００３２】
半導体発光素子は、具体的には、例えば、半導体レーザや発光ダイオードである。また、半導体装置は、半導体レーザや発光ダイオードのような半導体発光素子を含むほか、ＦＥＴやヘテロ接合バイポーラトランジスタなどの電子走行素子を含む。
【００３３】
上述のように構成されたこの発明によれば、互いに隣接する少なくとも一対の種結晶から横方向成長した第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が会合していない領域を有することにより、その上に発光素子構造などの素子構造を形成する第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させた場合、この第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はその部分でつながらず、分断された状態となる。このため、基板が、サファイアなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と格子定数および／または熱膨張係数が大きく異なる物質からなるものであっても、基板全面に第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が成長される場合に比べて、基板の反り量の大幅な低減を図ることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図１〜図３、図６および図７は、この発明の一実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を示す。このＧａＮ系半導体レーザは、リッジ構造およびＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造を有するものである。
【００３５】
この一実施形態においては、図１に示すように、まず、あらかじめサーマルクリーニングなどにより表面を清浄化したｃ面サファイア基板１上に有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により例えば５００℃程度の温度でアンドープＧａＮバッファ層２を成長させた後、このアンドープＧａＮバッファ層２上にＭＯＣＶＤ法により例えば１０００℃程度の成長温度でアンドープＧａＮ層３を成長させる。アンドープＧａＮバッファ層２は厚さが例えば３０ｎｍである。また、アンドープＧａＮ層３は厚さが例えば２μｍである。ここで、図１Ａは平面図、図１Ｂは断面図である。
【００３６】
次に、アンドープＧａＮ層３の全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．１μｍのＳｉＯ2 膜（図示せず）を形成した後、このＳｉＯ2 膜上にリソグラフィーにより所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチング、または、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフッ素を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ2 膜をエッチングし、パターニングする。次に、この所定形状のＳｉＯ2 膜をマスクとして例えばＲＩＥ法によりｃ面サファイア基板１に達するまでエッチングを行う。このＲＩＥのエッチングガスとしては例えば塩素系ガスを用いる。このエッチングによって、図１に示すように、ｃ面サファイア基板１上の第１の領域では種結晶となるストライプ形状のアンドープＧａＮ層３が間隔Ｗで周期的に形成されるとともに、第２の領域では間隔Ｗ´＞Ｗで種結晶となるストライプ形状のアンドープＧａＮ層３が形成される。この第２の領域は好適には、等間隔、例えば１０ｍｍ間隔で複数設けられる。この場合、第１の領域と第２の領域とが交互に配置されることになる。種結晶となるストライプ形状のアンドープＧａＮ層３の幅Ｗ1 および間隔Ｗ2 は、例えばＷ1 ＝２．５μｍ、Ｗ2 ＝１３．５μｍとし、このときＷ＝Ｗ1 ＋Ｗ2 ＝１６μｍである。Ｗ´は後述のようにして決められるが、例えばＷ´＝５０μｍとする。このストライプ形状のアンドープＧａＮ層３の延在方向は〈１−１００〉方向である。
【００３７】
次に、エッチングマスクとして用いたＳｉＯ2 膜をエッチング除去した後、図２に示すように、ストライプ形状のアンドープＧａＮ層３を種結晶としてＰＥＮＤＥＯによりｎ型ＧａＮ層４を横方向成長させる。このときの成長温度は例えば１０７０℃とする。また、このｎ型ＧａＮ層４は厚さが例えば５μｍであり、ｎ型不純物として例えばシリコン（Ｓｉ）がドープされている。このｎ型ＧａＮ層４は、種結晶となるストライプ形状のアンドープＧａＮ層３が間隔Ｗで周期的に形成された第１の領域では連続膜となるが、種結晶となるストライプ形状のアンドープＧａＮ層３が間隔Ｗ´＞Ｗで形成された第２の領域ではつながらず、分断された状態となる。このｎ型ＧａＮ層４の面方位は例えば（０００１）であり、第２の領域に現れる、基板面に対して傾斜した側面の面方位は（１１−２２）である。
次に、詳細は後述するが、図３に示すように、ｎ型ＧａＮ層４上にｎ型ＧａＮコンタクト層５をエピタキシャル成長させた後、その上にレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌをエピタキシャル成長させる。
【００３８】
ここで、Ｗ´＞Ｗの具体的な決定方法について説明する。
いま、図３に示すように、ＰＥＮＤＥＯによりｎ型ＧａＮ層４を横方向成長させ、その上にｎ型ＧａＮコンタクト層５を成長させ、さらにその上にレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌを成長させる場合を考える。ｎ型ＧａＮコンタクト層５の厚さをｈ1 、ＧａＮ系半導体層Ｌの厚さをｈ2 とする。また、ｎ型ＧａＮ層４、ｎ型ＧａＮコンタクト層５およびＧａＮ系半導体層Ｌの基板面に垂直方向（縦方向）の成長速度をＶ⊥、基板面に平行な方向（横方向）の成長速度をＶ‖とする（図３参照）。なお、レーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌには数種類のＧａＮ系半導体層が含まれるが、ここでは、これらの層の成長速度は互いに同一であると仮定する。
【００３９】
まず、
Ｖ⊥：Ｖ‖＝１：ａ（ただし、ａは比例定数で成長条件に依存する）
とすると、
Ｖ⊥＝Ｖ‖／ａ （１）
となる。
【００４０】
種結晶となるストライプ形状のアンドープＧａＮ層３が間隔Ｗで周期的に形成される第１の領域で横方向成長するｎ型ＧａＮ層４が連続膜となるまでの時間をｔ1 とすると、
ｔ1 ＝（Ｗ／２）／Ｖ‖＝Ｗ／２Ｖ‖ （２）
である。
【００４１】
ｎ型ＧａＮ層４が連続膜となってからレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌの成長を開始するまでの時間をｔ2 とすると、
ｔ2 ＝ｈ1 ／Ｖ⊥＝ａｈ1 ／Ｖ‖ （３）
となる。
【００４２】
レーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌの成長時の成長条件下では成長温度が低いため、
Ｖ⊥≫Ｖ‖ （４）
となる。
【００４３】
いま、
Ｖ⊥＝Ｖ‖ （５）
となる条件を横方向の成長速度の最大値と仮定すれば、レーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌを成長し終えるまでの時間ｔ3 は
ｔ3 ＝ｈ2 ／Ｖ⊥＝ｈ2 ／Ｖ‖ （６）
となる。
【００４４】
（２）、（３）、（６）式よりＷとＷ´との関係は以下のように導かれる。
Ｗ´／２＞Ｖ‖（ｔ1 ＋ｔ2 ＋ｔ3 ）＝Ｗ／２＋ａｈ1 ＋ｈ2 （７）
（７）式を変形すると、
Ｗ´＞Ｗ＋２（ａｈ1 ＋ｈ2 ） （８）
となる。すなわち、与えられたＷ、ｈ1 、ｈ2 に対して（８）式を満たすようにＷ´を選ぶことにより、第２の領域において横方向成長するｎ型ＧａＮ層４がつながらないようにすることができる。
【００４５】
ａの値は次のようにして決定することができる。
図４はＭＯＣＶＤ法により常圧でＧａＮを成長させたときの縦方向の成長速度（Ｖ⊥）および横方向の成長速度（Ｖ‖）の成長温度依存性を示す。図４より、成長温度が高い方が横方向成長が促進されることが分かる。図４より、縦方向成長速度に対する横方向成長速度の比、すなわちａを求めることができる。
【００４６】
図５は、Ｇａ原料としてＴＭＧａを用いてＭＯＣＶＤ法により常圧でＧａＮを成長させたときの縦方向成長速度および横方向成長速度のＴＭＧａ供給レート依存性を示す。ただし、成長温度は１０６５℃である。図５より、ＴＭＧａ供給レートが低いとき（例えば、４０μｍｏｌ／ｍｉｎ以下）には縦方向成長速度は〜０μｍ／ｈであり、横方向成長が支配的になり、成長方向の高い選択性が得られていることが分かる。
【００４７】
図４および図５の結果を総合すると、ａの値の範囲は一般には０＜ａ＜∞となる。ａの値の具体例を挙げると、成長温度が１０６５℃のとき約３である。
（８）式にａ＝３、後述のようにｈ1 ＝４μｍを代入し、また、後述のようにレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌの厚さの典型的な値としてｈ2 ＝２μｍを代入し、さらにＷ＝１６μｍを代入すると、
となる。よって、この不等式を満たすＷ´の値として例えば５０μｍを選ぶ。
【００４８】
なお、すでに述べたようにレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌは数種類のＧａＮ系半導体層を含むものであり、種類の異なるＧａＮ系半導体層の成長速度は程度の差はあれ互いに異なり得るので、これを考慮して（６）式を一般化すると次式のようになる。
ｔ3 ＝Σｔ3i＝Σｈ2i／Ｖ⊥i ＝Σｈ2i／Ｖ‖i （６）´
ここで、ｔ3iはＧａＮ系半導体層Ｌを構成するｉ番目の層の成長に要する時間、ｈ2iはその層の厚さ、Ｖ⊥i はその縦方向成長速度、Ｖ‖i はその横方向成長速度で、ΣはＧａＮ系半導体層Ｌがｎ個の層からなるとするとｉ＝１からｉ＝ｎまでの和をとる。また、このときの（７）式に対応する式は
となり、これは（７）式と同じである。よって、この場合も、（８）式が成立する。
【００４９】
さて、図２に示すようにｎ型ＧａＮ層４を横方向成長させた後、図６に示すように、ｎ型ＧａＮ層４上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＮコンタクト層５、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６、ｎ型ＧａＮ光導波層７、アンドープのＧａ1-x Ｉｎx Ｎ／Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ多重量子井戸構造の活性層８、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層９、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０、ｐ型ＧａＮ光導波層１１、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１２およびｐ型ＧａＮコンタクト層１３を順次成長させる。これらのＧａＮ系半導体層は、図３に示すように、第２の領域においてつながらず、分断された状態となる。
【００５０】
ここで、ｎ型ＧａＮコンタクト層５は厚さが例えば４μｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされている。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５は厚さが例えば１．０μｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされ、Ａｌ組成は例えば０．０８である。ｎ型ＧａＮ光導波層６は厚さが例えば０．１μｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされている。アンドープＩｎx Ｇａ1-x Ｎ／Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ多重量子井戸構造の活性層８は、例えば、井戸層としてのＩｎx Ｇａ1-x Ｎ層の厚さが３．５ｎｍでｘ＝０．１４、障壁層としてのＩｎy Ｇａ1-y Ｎ層の厚さが７ｎｍでｙ＝０．０２、井戸数が３である。
【００５１】
アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層９は、活性層８に接している面から、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９に接している面に向かってＩｎ組成が徐々に単調減少するグレーディッド構造を有し、活性層８に接している面におけるＩｎ組成は活性層８の障壁層としてのＩｎy Ｇａ1-y Ｎ層のＩｎ組成ｙと一致しており、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０に接している面におけるＩｎ組成は０となっている。このアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層９の厚さは例えば２０ｎｍである。
【００５２】
ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０は厚さが例えば１０ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされている。このｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０のＡｌ組成は例えば０．２である。このｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０は、ｐ型ＧａＮ光導波層１１、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１２およびｐ型ＧａＮコンタクト層１３の成長時に活性層８からＩｎが脱離して劣化するのを防止するとともに、活性層８からのキャリア（電子）のオーバーフローを防止するためのものである。ｐ型ＧａＮ光導波層１１は厚さが例えば０．１μｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１２は厚さが例えば０．５μｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされ、Ａｌ組成は例えば０．０８である。ｐ型ＧａＮコンタクト層１３は厚さが例えば０．１μｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされている。
【００５３】
また、Ｉｎを含まない層であるｎ型ＧａＮコンタクト層５、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６、ｎ型ＧａＮ光導波層７、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０、ｐ型ＧａＮ光導波層１１、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１２およびｐ型ＧａＮコンタクト層１３の成長温度は例えば１０００℃程度とし、Ｉｎを含む層であるＧａ1-x Ｉｎx Ｎ／Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ多重量子井戸構造の活性層８の成長温度は例えば７００〜８００℃、例えば７３０℃とする。アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層９の成長温度は、成長開始時点は活性層８の成長温度と同じく例えば７３０℃に設定し、その後例えば直線的に上昇させ、成長終了時点でｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０の成長温度と同じく例えば８３５℃になるようにする。
【００５４】
これらのＧａＮ系半導体層の成長原料は、例えば、Ｇａの原料としてはトリメチルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ、ＴＭＧ）、Ａｌの原料としてはトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ、ＴＭＡ）、Ｉｎの原料としてはトリメチルインジウム（（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ、ＴＭＩ）を、Ｎの原料としてはＮＨ3 を用いる。また、キャリアガスとしては、例えば、Ｈ2 を用いる。ドーパントについては、ｎ型ドーパントとしては例えばシラン（ＳｉＨ4 ）を、ｐ型ドーパントとしては例えばビス＝メチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇ）あるいはビス＝シクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇ）を用いる。
【００５５】
次に、上述のようにしてＧａＮ系半導体層を成長させたｃ面サファイア基板１をＭＯＣＶＤ装置から取り出す。そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層１３の全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．１μｍのＳｉＯ2 膜（図示せず）を形成した後、このＳｉＯ2 膜上にリソグラフィーによりメサ部の形状に対応した所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチング、または、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフッ素を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ2 膜をエッチングし、パターニングする。次に、この所定形状のＳｉＯ2 膜をマスクとして例えばＲＩＥ法によりｎ型ＧａＮコンタクト層５に達するまでエッチングを行う。このＲＩＥのエッチングガスとしては例えば塩素系ガスを用いる。このエッチングにより、ｎ型ＧａＮコンタクト層５の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６、ｎ型ＧａＮ光導波層７、活性層８、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層９、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０、ｐ型ＧａＮ光導波層１１、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１２およびｐ型ＧａＮコンタクト層１３３メサ形状にパターニングされる。
【００５６】
次に、エッチングマスクとして用いたＳｉＯ2 膜をエッチング除去した後、再び基板全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．２μｍのＳｉＯ2 膜（図示せず）を形成した後、このＳｉＯ2 膜上にリソグラフィーによりリッジ部に対応する所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチング、または、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフッ素を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ2 膜をエッチングし、リッジ部に対応する形状とする。
【００５７】
次に、このＳｉＯ2 膜をマスクとしてＲＩＥ法によりｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１の厚さ方向の所定の深さまでエッチングを行うことにより、図７に示すように、〈１−１００〉方向に延在するリッジ１４を形成する。このリッジ１４の幅は例えば３μｍである。このＲＩＥのエッチングガスとしては例えば塩素系ガスを用いる。
【００５８】
次に、エッチングマスクとして用いたＳｉＯ2 膜をエッチング除去した後、基板全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．３μｍのＳｉＯ2 膜のような絶縁膜１５を上記のメサ部の全体を覆うように成膜する。この絶縁膜１５は電気絶縁および表面保護のためのものである。
【００５９】
次に、リソグラフィーによりｎ側電極形成領域を除いた領域の絶縁膜１５の表面を覆うレジストパターン（図示せず）を形成する。
次に、このレジストパターンをマスクとして絶縁膜１５をエッチングすることにより、開口１４ａを形成する。
【００６０】
次に、レジストパターンを残したままの状態で基板全面に例えば真空蒸着法によりＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次形成した後、レジストパターンをその上に形成されたＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜とともに除去する（リフトオフ）。これによって、絶縁膜１５の開口１５ａを通じてｎ型ＧａＮコンタクト層５にコンタクトしたｎ側電極１６が形成される。ここで、このｎ側電極１６を構成するＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは例えばそれぞれ１０ｎｍ、５０ｎｍおよび１００ｎｍとする。次に、ｎ側電極１６をオーミック接触させるためのアロイ処理を行う。
【００６１】
次に、同様なプロセスで、リッジ１４の上の部分の絶縁膜１５をエッチング除去して開口１４ｂを形成した後、ｎ側電極１６と同様にして、この開口１４ｂを通じてｐ型ＧａＮコンタクト層１３にコンタクトしたＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極１７を形成する。このｐ側電極１７を構成するＰｄ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは、例えばそれぞれ１０ｎｍ、１００ｎｍおよび３００ｎｍである。次に、ｐ側電極１７をオーミック接触させるためのアロイ処理を行う。
【００６２】
次に、上述のようにしてレーザ構造が形成されたｃ面サファイア基板１の裏面を研削して薄膜化した後、これを劈開などによりバー状に加工して両共振器端面を形成する。次に、これらの共振器端面に端面コーティングを施した後、このバーを劈開などによりチップ化する。
以上により、目的とするリッジ構造およびＳＣＨ構造を有するＧａＮ系半導体レーザが製造される。
【００６３】
以上のように、この一実施形態によれば、ｃ面サファイア基板１上の第１の領域ではストライプ形状のアンドープＧａＮ層３を間隔Ｗで周期的に形成するとともに、第２の領域では間隔Ｗ´＞Ｗでストライプ形状のアンドープＧａＮ層３を形成し、これらのアンドープＧａＮ層３を種結晶としてＰＥＮＤＥＯによりｎ型ＧａＮ層４を横方向成長させているので、第１の領域ではｎ型ＧａＮ層４は連続膜となるが、第２の領域ではｎ型ＧａＮ層４がつながらず、分断された状態となる。そして、このｎ型ＧａＮ層４上に成長するｎ型ＧａＮコンタクト層５およびその上に成長するレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌも同様に、第１の領域では連続膜となるが、第２の領域ではつながらず、分断された状態となる。このため、レーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌの成長後のｃ面サファイア基板１の反り量の大幅な低減を図ることができる。これによって、レーザのリッジを形成するためのリソグラフィー工程における露光時に、基板面全体で精度良くマスク合わせを行うことが可能となるため、リッジ１４を種結晶であるストライプ形状のアンドープＧａＮ層３と横方向成長の会合部との間の欠陥密度の低い領域に正確に形成することができ、ＧａＮ系半導体レーザの発光効率の低下、信頼性の低下、寿命の低下などを防止することができるとともに、リッジ１４の幅を基板面全体で均一に揃えることができ、ＧａＮ系半導体レーザの歩留まりの向上を図ることができる。また、ｃ面サファイア基板１が裏面研削時に割れてしまうという問題も解消することができ、これによってもＧａＮ系半導体レーザの歩留まりの向上を図ることができる。さらに、反りを抑えるためにｃ面サファイア基板１を厚くする必要がないので、裏面研削に要する時間を短く抑えることができる。
【００６４】
また、ＧａＮ系半導体層Ｌの成長時のｃ面サファイア基板１の反り量も低減することにより、成長時の基板面内温度分布が均一となるため、ＧａＮ系半導体層Ｌの厚さや組成の分布が基板面内で均一となり、特に、活性層８の組成分布を均一にすることができることにより発光波長の分布の均一性の向上を図ることができ、ＧａＮ系半導体レーザの歩留まりの向上を図ることができる。
【００６５】
さらに、ＧａＮ系半導体層ＬのうちのＡｌＧａＮ層（特に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６）を成長させると、特に基板周辺部において下地のｎ型ＧａＮコンタクト層１０５との格子定数差によりこのＡｌＧａＮ層にクラックが発生するが、ＧａＮ系半導体層Ｌは第２の領域で分断されるため、このクラックが基板中心方向に伝播するのをほぼ完全に防止することができ、基板中心部のクラック本数をほぼ０にすることができ、ＧａＮ系半導体レーザの歩留まりの大幅な向上を図ることができる。
【００６６】
加えて、この一実施形態によれば、活性層８に接してアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層９が設けられ、このアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層９に接してｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０が設けられているので、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層９により、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０により活性層８に発生する応力を大幅に緩和することができるとともに、ｐ型層のｐ型ドーパントとして用いられるＭｇが活性層７に拡散するのを有効に抑制することができる。
【００６７】
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００６８】
例えば、上述の一実施形態において挙げた数値、構造、基板、原料、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、構造、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。
【００６９】
具体的には、例えば、上述の一実施形態においては、レーザ構造を形成するｎ型層を基板上に最初に積層し、その上にｐ型層を積層しているが、これと積層順序を逆にし、基板上に最初にｐ型層を積層し、その上にｎ型層を積層した構造としてもよい。
【００７０】
また、上述の一実施形態においては、ｃ面サファイア基板を用いているが、必要に応じて、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、スピネル基板、厚いＧａＮ層からなる基板などを用いてもよい。また、ＧａＮバッファ層の代わりに、ＡｌＮバッファ層やＡｌＧａＮバッファ層を用いてもよい。
【００７１】
また、上述の一実施形態においては、この発明をＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザの製造に適用した場合について説明したが、この発明は、例えば、ＤＨ（Double Heterostructure）構造のＧａＮ系半導体レーザの製造に適用してもよいことはもちろん、ＧａＮ系発光ダイオードの製造に適用してもよく、さらにはＧａＮ系ＦＥＴやＧａＮ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた電子走行素子に適用してもよい。
【００７２】
さらに、上述の一実施形態においては、ＭＯＣＶＤ法により成長を行う際のキャリアガスとしてＨ2 ガスを用いているが、必要に応じて、他のキャリアガス、例えばＨ2 とＮ2 あるいはＨｅ、Ａｒガスなどとの混合ガスを用いてもよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、基板の一主面上に成長された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をパターニングすることによりストライプ形状の種結晶を形成し、この際、第１の領域では種結晶が第１の間隔で周期的に形成され、第２の領域では種結晶が第１の間隔より大きい第２の間隔で形成されるようにし、これらの種結晶を用いて基板上に第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させるようにしていることにより、この第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が第２の領域においてつながらず、分断された状態とすることができる。そして、その上に成長させる、発光素子構造などの素子構造を形成する第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層も、第２の領域においてつながらず、分断された状態とすることができる。このため、基板としてサファイアなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と格子定数および／または熱膨張係数が大きく異なる物質からなるものを用いても、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長後における基板の反り量の大幅な低減を図ることができる。このため、半導体発光素子や半導体装置の製造において、フォトリソグラフィー工程における露光や基板の裏面研削などを支障なく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための平面図および断面図である。
【図２】この発明の一実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図３】この発明の一実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】ＭＯＣＶＤ法により成長されるＧａＮの縦方向成長速度および横方向成長速度の成長温度依存性を示す略線図である。
【図５】ＭＯＣＶＤ法により成長されるＧａＮの縦方向成長速度および横方向成長速度のＴＭＧａ供給レート依存性を示す略線図である。
【図６】この発明の一実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】この発明の一実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図８】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図９】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための平面図である。
【図１１】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１４】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】サファイア基板上にＧａＮ系半導体層を成長させたときの基板の反り量とＧａＮ系半導体層の厚さとの関係を示す略線図である。
【図１６】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法の問題点を説明するための略線図である。
【図１７】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法の問題点を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１・・・ｃ面サファイア基板、３・・・アンドープＧａＮ層、４・・・ｎ型ＧａＮ層、５・・・ｎ型ＧａＮコンタクト層、６・・・ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、７・・・ｎ型ＧａＮ光導波層、８・・・活性層、９・・・アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層、１０・・・ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層、１１・・・ｐ型ＧａＮ光導波層、１２・・・ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、１３・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層、１４・・・リッジ、１５・・・絶縁膜、１６・・・ｎ側電極、１７・・・ｐ側電極
【発明の属する技術分野】
この発明は、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に関し、特に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザや発光ダイオードあるいは電子走行素子の製造に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、結晶内の欠陥密度が低い窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の製造方法としては、ＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）（Japanese Journal of Applied Physics vol.36(1997)p.L899) や、ＥＬＯの改良版とも言うべきＰＥＮＤＥＯ（Applied Physics Letters vol.75(1999)pp.196-198) などの横方向結晶成長技術が用いられている。そして、光ディスクの高密度化に必要である青色領域から紫外線領域におよぶ発光が可能な半導体レーザとして近年盛んに研究開発が行われている、ＡｌＧａＩｎＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザも、こうした基板を用いることで長寿命化が実現されている（Japanese Journal of Applied Physics vol.36(1997)pp.L1568-L1571) 。
【０００３】
図８〜図１４に、ＰＥＮＤＥＯを用いて得られた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を用いて半導体レーザを製造する方法を示す。この方法では、図８に示すように、まず、ｃ面サファイア基板１０１上に低温で成長させたＧａＮバッファ層１０２を介してＧａＮ層１０３を成長させる。次に、図９に示すように、このＧａＮ層１０３をエッチングすることにより〈１−１００〉方向に延在するストライプ形状にパターニングする。このパターニング後のＧａＮ層１０３の平面形状を図１０に示す。次に、図１１および図１２に示すように、このＧａＮ層１０３を種結晶として、ｃ面サファイア基板１０１の全面で連続膜となるようにＧａＮ層１０４を横方向成長させる。このＧａＮ層１０４の面方位は（０００１）となる。
【０００４】
次に、図１３に示すように、このようにして得られた低欠陥密度のＧａＮ層１０４上に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０５、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０６、ｎ型ＧａＮ光導波層１０７、活性層１０８、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０９、ｐ型ＧａＮ光導波層１１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１１およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１２を順次エピタキシャル成長させる。
【０００５】
次に、図１４に示すように、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０５の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０６、ｎ型ＧａＮ光導波層１０７、活性層１０８、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０９、ｐ型ＧａＮ光導波層１１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１１およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１２をエッチングによりメサ形状にパターニングした後、さらにｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１１およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１２をエッチングによりパターニングすることによりリッジ１１３を形成する。この後、ｐ側電極およびｎ側電極の形成などの工程を経て、目的とするＧａＮ系半導体レーザが製造される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ｃ面サファイア基板１０１上にＧａＮ系半導体層をエピタキシャル成長させる上述の従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法には、次のような問題があった。すなわち、サファイアとＧａＮなどのＧａＮ系半導体とは格子定数および熱膨張係数が互いに大きく異なるため、ｃ面サファイア基板１０１上にＧａＮ系半導体層をエピタキシャル成長させると、基板全体が大きく反ってしまう。例えば、ｃ面サファイア基板１０１の直径が５０ｍｍ（２インチ）で厚さが４３０μｍの場合における基板の反り量とＧａＮ系半導体層の厚さとの関係は図１５に示すようになり、ＧａＮ系半導体層の厚さの増加に伴って反り量が増加する。図１５には、参考のために、ＰＥＮＤＥＯを用いず、ｃ面サファイア基板１０１上にＧａＮ系半導体層を直接エピタキシャル成長させたときの反り量も載せてあるが、ＰＥＮＤＥＯを用いた場合と大差ない。図１５より、直径５０ｍｍで厚さ４３０μｍのｃ面サファイア基板１０１の反り量は、ＧａＮ系半導体層の厚さが７μｍのとき８０μｍ程度になることが分かる。
【０００７】
ｃ面サファイア基板１０１にこのような大きな反りが生じると、ＧａＮ系半導体レーザの製造工程、特にリッジを形成するためのフォトリソグラフィー工程における露光やｃ面サファイア基板１０１の裏面研削などに支障が生じる。
【０００８】
すなわち、露光工程においては、図１６に示すように、ＧａＮ系半導体層１１４を成長させたｃ面サファイア基板１０１の表面にレジスト（図示せず）を塗布したものにフォトマスク１１５を用いて露光を行う。フォトマスク１１５は、透明なガラス基板１１５ａ上にマスクパターン１１５ｂを形成したものである。この露光においては、ｃ面サファイア基板１０１に上記のような大きな反りが生じていると、フォトマスク１１５とレジストとの間の距離が基板面内で不均一になって焦点ずれが生じたり、基板面内でフォトマスク１１５と基板との寸法のずれが生じたりすることにより、基板面全体で精度良くマスク合わせを行うことが困難である。ところで、ＧａＮ系半導体レーザの発光効率の低下、信頼性の低下、寿命の低下などを防止するため、図１７に示すように、電流注入領域となるリッジ１１３は、レーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層１１４のうちの、種結晶であるＧａＮ層１０３と横方向成長の会合部１１６との間の欠陥密度の低い領域１１７に形成する必要がある。しかしながら、上述のようにｃ面サファイア基板１０１に大きな反りが生じていると基板面全体で精度良くマスク合わせを行うことができないため、リッジ１１３の形成位置が欠陥密度の低い領域１１７から外れてしまう箇所が発生するのを避けることができない。また、ｃ面サファイア基板１０１の周辺部と中心部とでフォトマスク１１５による露光パターンの幅が異なり、周辺部の方が中心部に比べて大きくなる結果、リッジ１１３の幅が周辺部では中心部に比べて大きくなって基板面全体でリッジ１１３の幅が不揃いとなり、ＧａＮ系半導体レーザの歩留まりの低下をもたらす。
【０００９】
また、共振器端面を形成するために、ＧａＮ系半導体層１１４を成長させたｃ面サファイア基板１０１の劈開を行うのが一般的であるが、この劈開を容易に行うためには、ｃ面サファイア基板１０１の裏面を研削（ラッピング）して薄くする必要がある。ところが、上記のように大きな反りが生じていると、研削時にｃ面サファイア基板１０１が割れてしまうという問題が発生する。
【００１０】
これらの問題を解消するために、ｃ面サファイア基板１０１の厚さを大きくして反り量を低減することも考えられるが、ｃ面サファイア基板１０１の厚さを大きくすると研削に膨大な時間を要するため、現実的な対策ではない。
【００１１】
したがって、この発明が解決しようとする課題は、基板の反り量の大幅な低減を図ることができる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板およびこのような窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を簡単なプロセスで容易に製造することができる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の製造方法を提供することにある。
【００１２】
この発明が解決しようとする他の課題は、基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が形成された窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を用いて半導体発光素子を製造する場合に、基板の反り量の大幅な低減を図ることができ、フォトリソグラフィー工程における露光や基板の裏面研削を短時間で支障なく行うことができる半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【００１３】
この発明が解決しようとするさらに他の課題は、基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が形成された窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を用いて半導体装置を製造する場合に、基板の反り量の大幅な低減を図ることができ、フォトリソグラフィー工程における露光や基板の裏面研削などを支障なく行うことができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１４】
この発明が解決しようとする他の課題は、上記のような窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板あるいはその製造方法を利用した半導体発光素子の製造方法および半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った。その概要について説明すると、次のとおりである。
図１２に示すように、従来のＰＥＮＤＥＯにおいては、ＧａＮ層１０４が基板面全体で連続膜となるまで横方向成長を行うことを当然のこととしている。そして、その上にレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層をエピタキシャル成長させている。このようにＰＥＮＤＥＯにより横方向成長させたＧａＮ層１０４およびその上にエピタキシャル成長させたＧａＮ系半導体層１１４が連続膜となって基板面全体にわたって延在していることが、ｃ面サファイア基板１０１に大きな反りが生じる原因である。
【００１６】
そこで、本発明者は、ｃ面サファイア基板の反り量の低減を図るためには、ＰＥＮＤＥＯにより横方向成長させるＧａＮ層およびその上にエピタキシャル成長させるＧａＮ系半導体層が基板面全体にわたって連続膜とならないようにすることが有効であると考え、そのための具体的な方策を見い出したものである。
すなわち、従来は、図９および図１０に示すように、ｃ面サファイア基板１０１の全面にわたって、種結晶となるストライプ形状のＧａＮ層１０３を間隔Ｗで周期的に形成している。ここで、ＷはＧａＮ層１０３から横方向成長するＧａＮ層１０４が完全につながるように選ばれている。ＧａＮ層１０３の幅をＷ1 、それらの間にある欠陥密度が低い領域全体の幅をＷ2 とするとＷ＝Ｗ1 ＋Ｗ2 となる。
【００１７】
これに対し、図１に示すように、種結晶であるストライプ形状のＧａＮ層３を間隔Ｗで周期的に形成することを基調としつつも、ＧａＮ層３から横方向成長するＧａＮ層４がつながらないような、Ｗ´＞Ｗを満たす間隔となる箇所を少なくとも一箇所設けることを考える。図１において、符号１はｃ面サファイア基板、２はＧａＮバッファ層を示す。このようにすれば、図２に示すように、横方向成長するＧａＮ層４が基板面上で分断され、その上にエピタキシャル成長されるＧａＮ系半導体層も同様に分断されたものとなるため、ｃ面サファイア基板１の反り量は大幅に低減されることになる。
【００１８】
以上のことは、横方向結晶成長技術としてＰＥＮＤＥＯを用いる場合に限られず、他の横方向結晶成長技術を用いる場合にも成立し得るものである。また、基板がサファイアと異なる物質からなる場合であっても成立し得るものである。
この発明は、本発明者による以上の検討に基づいてさらに検討を行った結果、案出されたものである。
【００１９】
すなわち、上記課題を解決するために、この発明の第１の発明は、
基板の一主面上に成長された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をパターニングすることにより形成されたストライプ形状の種結晶を用いて基板上に第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板において、
互いに隣接する少なくとも一対の種結晶から横方向成長した第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が会合していない領域を有する
ことを特徴とするものである。
【００２０】
この発明の第２の発明は、
基板の一主面上に第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をパターニングすることによりストライプ形状の種結晶を形成し、この際、第１の領域では種結晶が第１の間隔で周期的に形成され、第２の領域では種結晶が第１の間隔より大きい第２の間隔で形成されるようにする工程と、
種結晶を用いて基板上に第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させる工程とを有する
ことを特徴とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の製造方法である。
【００２１】
この発明の第３の発明は、
基板の一主面上に成長された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をパターニングすることによりストライプ形状の種結晶を形成し、この種結晶を用いて基板上に第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させ、この際、互いに隣接する少なくとも一対の種結晶から横方向成長した第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が会合していない領域を有するようにした窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を用い、
この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板上に、発光素子構造を形成する第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させるようにした
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
【００２２】
この発明の第４の発明は、
基板の一主面上に第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をパターニングすることによりストライプ形状の種結晶を形成し、この際、第１の領域では種結晶が第１の間隔で周期的に形成され、第２の領域では種結晶が第１の間隔より大きい第２の間隔で形成されるようにする工程と、
種結晶を用いて基板上に第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させる工程と、
第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に、発光素子構造を形成する第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
【００２３】
この発明の第５の発明は、
基板の一主面上に成長された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をパターニングすることによりストライプ形状の種結晶を形成し、この種結晶を用いて基板上に第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させ、この際、互いに隣接する少なくとも一対の種結晶から横方向成長した第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が会合していない領域を有するようにした窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を用い、
この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板上に、素子構造を形成する第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させるようにした
ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００２４】
この発明の第６の発明は、
基板の一主面上に第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をパターニングすることによりストライプ形状の種結晶を形成し、この際、第１の領域では種結晶が第１の間隔で周期的に形成され、第２の領域では種結晶が第１の間隔より大きい第２の間隔で形成されるようにする工程と、
種結晶を用いて基板上に第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させる工程と、
第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に、素子構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００２５】
この発明の第１、第３および第５の発明において、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板は、典型的には、種結晶が第１の間隔で周期的に形成されている第１の領域と、種結晶が第１の間隔より大きい第２の間隔で形成されている第２の領域とを有する。この第２の領域では、互いに隣接する少なくとも一対の種結晶から横方向成長する第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が会合しないようにすることができる。
【００２６】
この発明において、互いに隣接する少なくとも一対の種結晶から横方向成長した第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が会合していない領域あるいは種結晶が第１の間隔より大きい第２の間隔で形成されている第２の領域は少なくとも一つあればよいが、基板の反り量をより低減し、あるいは、基板が大型化しても反り量を小さく抑える観点からは、好適には複数設けられる。これらの領域を複数設ける場合、これらの領域は周期的に設けてもよいし、非周期的に設けてもよい。
【００２７】
この発明において、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に発光素子構造などの素子構造を形成する第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が成長される場合、典型的には、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が会合していない領域において第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層がつながらず、分断された状態となる。
【００２８】
この発明において、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、Ｇａ、Ａｌ、ＩｎおよびＢからなる群より選ばれた少なくとも一種のＩＩＩ族元素と、少なくともＮを含み、場合によってさらにＡｓまたはＰを含むＶ族元素とからなり、具体例を挙げると、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどである。
【００２９】
最も典型的には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はＧａＮ層であるが、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＩｎＮ層などであることもある。特に、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層がＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＩｎＮ層である場合には、それぞれＧａＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、ＩｎＧａＮ基板、ＡｌＧａＩｎＮ基板を得ることができる。これらのＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＩｎＮ層はノンドープであっても、ｎ型不純物またはｐ型不純物をドーピングしたものであってもよく、前者の場合にはノンドープの基板が、後者の場合にはｎ型またはｐ型の基板を得ることができる。
種結晶は好適には、〈１−１００〉方向に互いに平行に延在するストライプ形状を有する。
【００３０】
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる基板は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なる物質からなる基板であり、具体的には、サファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板、スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）基板、酸化シリコン基板などである。この基板の形状は、基本的にはどのような形状であってもよいが、典型的には円形である。
【００３１】
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法としては、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相エピタキシャル成長またはハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）などを用いることができ、成長は常圧で行っても減圧で行ってもよい。
【００３２】
半導体発光素子は、具体的には、例えば、半導体レーザや発光ダイオードである。また、半導体装置は、半導体レーザや発光ダイオードのような半導体発光素子を含むほか、ＦＥＴやヘテロ接合バイポーラトランジスタなどの電子走行素子を含む。
【００３３】
上述のように構成されたこの発明によれば、互いに隣接する少なくとも一対の種結晶から横方向成長した第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が会合していない領域を有することにより、その上に発光素子構造などの素子構造を形成する第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させた場合、この第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はその部分でつながらず、分断された状態となる。このため、基板が、サファイアなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と格子定数および／または熱膨張係数が大きく異なる物質からなるものであっても、基板全面に第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が成長される場合に比べて、基板の反り量の大幅な低減を図ることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図１〜図３、図６および図７は、この発明の一実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を示す。このＧａＮ系半導体レーザは、リッジ構造およびＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造を有するものである。
【００３５】
この一実施形態においては、図１に示すように、まず、あらかじめサーマルクリーニングなどにより表面を清浄化したｃ面サファイア基板１上に有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により例えば５００℃程度の温度でアンドープＧａＮバッファ層２を成長させた後、このアンドープＧａＮバッファ層２上にＭＯＣＶＤ法により例えば１０００℃程度の成長温度でアンドープＧａＮ層３を成長させる。アンドープＧａＮバッファ層２は厚さが例えば３０ｎｍである。また、アンドープＧａＮ層３は厚さが例えば２μｍである。ここで、図１Ａは平面図、図１Ｂは断面図である。
【００３６】
次に、アンドープＧａＮ層３の全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．１μｍのＳｉＯ2 膜（図示せず）を形成した後、このＳｉＯ2 膜上にリソグラフィーにより所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチング、または、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフッ素を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ2 膜をエッチングし、パターニングする。次に、この所定形状のＳｉＯ2 膜をマスクとして例えばＲＩＥ法によりｃ面サファイア基板１に達するまでエッチングを行う。このＲＩＥのエッチングガスとしては例えば塩素系ガスを用いる。このエッチングによって、図１に示すように、ｃ面サファイア基板１上の第１の領域では種結晶となるストライプ形状のアンドープＧａＮ層３が間隔Ｗで周期的に形成されるとともに、第２の領域では間隔Ｗ´＞Ｗで種結晶となるストライプ形状のアンドープＧａＮ層３が形成される。この第２の領域は好適には、等間隔、例えば１０ｍｍ間隔で複数設けられる。この場合、第１の領域と第２の領域とが交互に配置されることになる。種結晶となるストライプ形状のアンドープＧａＮ層３の幅Ｗ1 および間隔Ｗ2 は、例えばＷ1 ＝２．５μｍ、Ｗ2 ＝１３．５μｍとし、このときＷ＝Ｗ1 ＋Ｗ2 ＝１６μｍである。Ｗ´は後述のようにして決められるが、例えばＷ´＝５０μｍとする。このストライプ形状のアンドープＧａＮ層３の延在方向は〈１−１００〉方向である。
【００３７】
次に、エッチングマスクとして用いたＳｉＯ2 膜をエッチング除去した後、図２に示すように、ストライプ形状のアンドープＧａＮ層３を種結晶としてＰＥＮＤＥＯによりｎ型ＧａＮ層４を横方向成長させる。このときの成長温度は例えば１０７０℃とする。また、このｎ型ＧａＮ層４は厚さが例えば５μｍであり、ｎ型不純物として例えばシリコン（Ｓｉ）がドープされている。このｎ型ＧａＮ層４は、種結晶となるストライプ形状のアンドープＧａＮ層３が間隔Ｗで周期的に形成された第１の領域では連続膜となるが、種結晶となるストライプ形状のアンドープＧａＮ層３が間隔Ｗ´＞Ｗで形成された第２の領域ではつながらず、分断された状態となる。このｎ型ＧａＮ層４の面方位は例えば（０００１）であり、第２の領域に現れる、基板面に対して傾斜した側面の面方位は（１１−２２）である。
次に、詳細は後述するが、図３に示すように、ｎ型ＧａＮ層４上にｎ型ＧａＮコンタクト層５をエピタキシャル成長させた後、その上にレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌをエピタキシャル成長させる。
【００３８】
ここで、Ｗ´＞Ｗの具体的な決定方法について説明する。
いま、図３に示すように、ＰＥＮＤＥＯによりｎ型ＧａＮ層４を横方向成長させ、その上にｎ型ＧａＮコンタクト層５を成長させ、さらにその上にレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌを成長させる場合を考える。ｎ型ＧａＮコンタクト層５の厚さをｈ1 、ＧａＮ系半導体層Ｌの厚さをｈ2 とする。また、ｎ型ＧａＮ層４、ｎ型ＧａＮコンタクト層５およびＧａＮ系半導体層Ｌの基板面に垂直方向（縦方向）の成長速度をＶ⊥、基板面に平行な方向（横方向）の成長速度をＶ‖とする（図３参照）。なお、レーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌには数種類のＧａＮ系半導体層が含まれるが、ここでは、これらの層の成長速度は互いに同一であると仮定する。
【００３９】
まず、
Ｖ⊥：Ｖ‖＝１：ａ（ただし、ａは比例定数で成長条件に依存する）
とすると、
Ｖ⊥＝Ｖ‖／ａ （１）
となる。
【００４０】
種結晶となるストライプ形状のアンドープＧａＮ層３が間隔Ｗで周期的に形成される第１の領域で横方向成長するｎ型ＧａＮ層４が連続膜となるまでの時間をｔ1 とすると、
ｔ1 ＝（Ｗ／２）／Ｖ‖＝Ｗ／２Ｖ‖ （２）
である。
【００４１】
ｎ型ＧａＮ層４が連続膜となってからレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌの成長を開始するまでの時間をｔ2 とすると、
ｔ2 ＝ｈ1 ／Ｖ⊥＝ａｈ1 ／Ｖ‖ （３）
となる。
【００４２】
レーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌの成長時の成長条件下では成長温度が低いため、
Ｖ⊥≫Ｖ‖ （４）
となる。
【００４３】
いま、
Ｖ⊥＝Ｖ‖ （５）
となる条件を横方向の成長速度の最大値と仮定すれば、レーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌを成長し終えるまでの時間ｔ3 は
ｔ3 ＝ｈ2 ／Ｖ⊥＝ｈ2 ／Ｖ‖ （６）
となる。
【００４４】
（２）、（３）、（６）式よりＷとＷ´との関係は以下のように導かれる。
Ｗ´／２＞Ｖ‖（ｔ1 ＋ｔ2 ＋ｔ3 ）＝Ｗ／２＋ａｈ1 ＋ｈ2 （７）
（７）式を変形すると、
Ｗ´＞Ｗ＋２（ａｈ1 ＋ｈ2 ） （８）
となる。すなわち、与えられたＷ、ｈ1 、ｈ2 に対して（８）式を満たすようにＷ´を選ぶことにより、第２の領域において横方向成長するｎ型ＧａＮ層４がつながらないようにすることができる。
【００４５】
ａの値は次のようにして決定することができる。
図４はＭＯＣＶＤ法により常圧でＧａＮを成長させたときの縦方向の成長速度（Ｖ⊥）および横方向の成長速度（Ｖ‖）の成長温度依存性を示す。図４より、成長温度が高い方が横方向成長が促進されることが分かる。図４より、縦方向成長速度に対する横方向成長速度の比、すなわちａを求めることができる。
【００４６】
図５は、Ｇａ原料としてＴＭＧａを用いてＭＯＣＶＤ法により常圧でＧａＮを成長させたときの縦方向成長速度および横方向成長速度のＴＭＧａ供給レート依存性を示す。ただし、成長温度は１０６５℃である。図５より、ＴＭＧａ供給レートが低いとき（例えば、４０μｍｏｌ／ｍｉｎ以下）には縦方向成長速度は〜０μｍ／ｈであり、横方向成長が支配的になり、成長方向の高い選択性が得られていることが分かる。
【００４７】
図４および図５の結果を総合すると、ａの値の範囲は一般には０＜ａ＜∞となる。ａの値の具体例を挙げると、成長温度が１０６５℃のとき約３である。
（８）式にａ＝３、後述のようにｈ1 ＝４μｍを代入し、また、後述のようにレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌの厚さの典型的な値としてｈ2 ＝２μｍを代入し、さらにＷ＝１６μｍを代入すると、
【００４８】
なお、すでに述べたようにレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌは数種類のＧａＮ系半導体層を含むものであり、種類の異なるＧａＮ系半導体層の成長速度は程度の差はあれ互いに異なり得るので、これを考慮して（６）式を一般化すると次式のようになる。
ｔ3 ＝Σｔ3i＝Σｈ2i／Ｖ⊥i ＝Σｈ2i／Ｖ‖i （６）´
ここで、ｔ3iはＧａＮ系半導体層Ｌを構成するｉ番目の層の成長に要する時間、ｈ2iはその層の厚さ、Ｖ⊥i はその縦方向成長速度、Ｖ‖i はその横方向成長速度で、ΣはＧａＮ系半導体層Ｌがｎ個の層からなるとするとｉ＝１からｉ＝ｎまでの和をとる。また、このときの（７）式に対応する式は
【００４９】
さて、図２に示すようにｎ型ＧａＮ層４を横方向成長させた後、図６に示すように、ｎ型ＧａＮ層４上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＮコンタクト層５、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６、ｎ型ＧａＮ光導波層７、アンドープのＧａ1-x Ｉｎx Ｎ／Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ多重量子井戸構造の活性層８、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層９、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０、ｐ型ＧａＮ光導波層１１、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１２およびｐ型ＧａＮコンタクト層１３を順次成長させる。これらのＧａＮ系半導体層は、図３に示すように、第２の領域においてつながらず、分断された状態となる。
【００５０】
ここで、ｎ型ＧａＮコンタクト層５は厚さが例えば４μｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされている。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５は厚さが例えば１．０μｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされ、Ａｌ組成は例えば０．０８である。ｎ型ＧａＮ光導波層６は厚さが例えば０．１μｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされている。アンドープＩｎx Ｇａ1-x Ｎ／Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ多重量子井戸構造の活性層８は、例えば、井戸層としてのＩｎx Ｇａ1-x Ｎ層の厚さが３．５ｎｍでｘ＝０．１４、障壁層としてのＩｎy Ｇａ1-y Ｎ層の厚さが７ｎｍでｙ＝０．０２、井戸数が３である。
【００５１】
アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層９は、活性層８に接している面から、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９に接している面に向かってＩｎ組成が徐々に単調減少するグレーディッド構造を有し、活性層８に接している面におけるＩｎ組成は活性層８の障壁層としてのＩｎy Ｇａ1-y Ｎ層のＩｎ組成ｙと一致しており、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０に接している面におけるＩｎ組成は０となっている。このアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層９の厚さは例えば２０ｎｍである。
【００５２】
ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０は厚さが例えば１０ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされている。このｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０のＡｌ組成は例えば０．２である。このｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０は、ｐ型ＧａＮ光導波層１１、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１２およびｐ型ＧａＮコンタクト層１３の成長時に活性層８からＩｎが脱離して劣化するのを防止するとともに、活性層８からのキャリア（電子）のオーバーフローを防止するためのものである。ｐ型ＧａＮ光導波層１１は厚さが例えば０．１μｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１２は厚さが例えば０．５μｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされ、Ａｌ組成は例えば０．０８である。ｐ型ＧａＮコンタクト層１３は厚さが例えば０．１μｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされている。
【００５３】
また、Ｉｎを含まない層であるｎ型ＧａＮコンタクト層５、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６、ｎ型ＧａＮ光導波層７、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０、ｐ型ＧａＮ光導波層１１、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１２およびｐ型ＧａＮコンタクト層１３の成長温度は例えば１０００℃程度とし、Ｉｎを含む層であるＧａ1-x Ｉｎx Ｎ／Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ多重量子井戸構造の活性層８の成長温度は例えば７００〜８００℃、例えば７３０℃とする。アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層９の成長温度は、成長開始時点は活性層８の成長温度と同じく例えば７３０℃に設定し、その後例えば直線的に上昇させ、成長終了時点でｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０の成長温度と同じく例えば８３５℃になるようにする。
【００５４】
これらのＧａＮ系半導体層の成長原料は、例えば、Ｇａの原料としてはトリメチルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ、ＴＭＧ）、Ａｌの原料としてはトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ、ＴＭＡ）、Ｉｎの原料としてはトリメチルインジウム（（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ、ＴＭＩ）を、Ｎの原料としてはＮＨ3 を用いる。また、キャリアガスとしては、例えば、Ｈ2 を用いる。ドーパントについては、ｎ型ドーパントとしては例えばシラン（ＳｉＨ4 ）を、ｐ型ドーパントとしては例えばビス＝メチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇ）あるいはビス＝シクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇ）を用いる。
【００５５】
次に、上述のようにしてＧａＮ系半導体層を成長させたｃ面サファイア基板１をＭＯＣＶＤ装置から取り出す。そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層１３の全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．１μｍのＳｉＯ2 膜（図示せず）を形成した後、このＳｉＯ2 膜上にリソグラフィーによりメサ部の形状に対応した所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチング、または、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフッ素を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ2 膜をエッチングし、パターニングする。次に、この所定形状のＳｉＯ2 膜をマスクとして例えばＲＩＥ法によりｎ型ＧａＮコンタクト層５に達するまでエッチングを行う。このＲＩＥのエッチングガスとしては例えば塩素系ガスを用いる。このエッチングにより、ｎ型ＧａＮコンタクト層５の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６、ｎ型ＧａＮ光導波層７、活性層８、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層９、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０、ｐ型ＧａＮ光導波層１１、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１２およびｐ型ＧａＮコンタクト層１３３メサ形状にパターニングされる。
【００５６】
次に、エッチングマスクとして用いたＳｉＯ2 膜をエッチング除去した後、再び基板全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．２μｍのＳｉＯ2 膜（図示せず）を形成した後、このＳｉＯ2 膜上にリソグラフィーによりリッジ部に対応する所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチング、または、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフッ素を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ2 膜をエッチングし、リッジ部に対応する形状とする。
【００５７】
次に、このＳｉＯ2 膜をマスクとしてＲＩＥ法によりｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１の厚さ方向の所定の深さまでエッチングを行うことにより、図７に示すように、〈１−１００〉方向に延在するリッジ１４を形成する。このリッジ１４の幅は例えば３μｍである。このＲＩＥのエッチングガスとしては例えば塩素系ガスを用いる。
【００５８】
次に、エッチングマスクとして用いたＳｉＯ2 膜をエッチング除去した後、基板全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．３μｍのＳｉＯ2 膜のような絶縁膜１５を上記のメサ部の全体を覆うように成膜する。この絶縁膜１５は電気絶縁および表面保護のためのものである。
【００５９】
次に、リソグラフィーによりｎ側電極形成領域を除いた領域の絶縁膜１５の表面を覆うレジストパターン（図示せず）を形成する。
次に、このレジストパターンをマスクとして絶縁膜１５をエッチングすることにより、開口１４ａを形成する。
【００６０】
次に、レジストパターンを残したままの状態で基板全面に例えば真空蒸着法によりＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次形成した後、レジストパターンをその上に形成されたＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜とともに除去する（リフトオフ）。これによって、絶縁膜１５の開口１５ａを通じてｎ型ＧａＮコンタクト層５にコンタクトしたｎ側電極１６が形成される。ここで、このｎ側電極１６を構成するＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは例えばそれぞれ１０ｎｍ、５０ｎｍおよび１００ｎｍとする。次に、ｎ側電極１６をオーミック接触させるためのアロイ処理を行う。
【００６１】
次に、同様なプロセスで、リッジ１４の上の部分の絶縁膜１５をエッチング除去して開口１４ｂを形成した後、ｎ側電極１６と同様にして、この開口１４ｂを通じてｐ型ＧａＮコンタクト層１３にコンタクトしたＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極１７を形成する。このｐ側電極１７を構成するＰｄ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは、例えばそれぞれ１０ｎｍ、１００ｎｍおよび３００ｎｍである。次に、ｐ側電極１７をオーミック接触させるためのアロイ処理を行う。
【００６２】
次に、上述のようにしてレーザ構造が形成されたｃ面サファイア基板１の裏面を研削して薄膜化した後、これを劈開などによりバー状に加工して両共振器端面を形成する。次に、これらの共振器端面に端面コーティングを施した後、このバーを劈開などによりチップ化する。
以上により、目的とするリッジ構造およびＳＣＨ構造を有するＧａＮ系半導体レーザが製造される。
【００６３】
以上のように、この一実施形態によれば、ｃ面サファイア基板１上の第１の領域ではストライプ形状のアンドープＧａＮ層３を間隔Ｗで周期的に形成するとともに、第２の領域では間隔Ｗ´＞Ｗでストライプ形状のアンドープＧａＮ層３を形成し、これらのアンドープＧａＮ層３を種結晶としてＰＥＮＤＥＯによりｎ型ＧａＮ層４を横方向成長させているので、第１の領域ではｎ型ＧａＮ層４は連続膜となるが、第２の領域ではｎ型ＧａＮ層４がつながらず、分断された状態となる。そして、このｎ型ＧａＮ層４上に成長するｎ型ＧａＮコンタクト層５およびその上に成長するレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌも同様に、第１の領域では連続膜となるが、第２の領域ではつながらず、分断された状態となる。このため、レーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層Ｌの成長後のｃ面サファイア基板１の反り量の大幅な低減を図ることができる。これによって、レーザのリッジを形成するためのリソグラフィー工程における露光時に、基板面全体で精度良くマスク合わせを行うことが可能となるため、リッジ１４を種結晶であるストライプ形状のアンドープＧａＮ層３と横方向成長の会合部との間の欠陥密度の低い領域に正確に形成することができ、ＧａＮ系半導体レーザの発光効率の低下、信頼性の低下、寿命の低下などを防止することができるとともに、リッジ１４の幅を基板面全体で均一に揃えることができ、ＧａＮ系半導体レーザの歩留まりの向上を図ることができる。また、ｃ面サファイア基板１が裏面研削時に割れてしまうという問題も解消することができ、これによってもＧａＮ系半導体レーザの歩留まりの向上を図ることができる。さらに、反りを抑えるためにｃ面サファイア基板１を厚くする必要がないので、裏面研削に要する時間を短く抑えることができる。
【００６４】
また、ＧａＮ系半導体層Ｌの成長時のｃ面サファイア基板１の反り量も低減することにより、成長時の基板面内温度分布が均一となるため、ＧａＮ系半導体層Ｌの厚さや組成の分布が基板面内で均一となり、特に、活性層８の組成分布を均一にすることができることにより発光波長の分布の均一性の向上を図ることができ、ＧａＮ系半導体レーザの歩留まりの向上を図ることができる。
【００６５】
さらに、ＧａＮ系半導体層ＬのうちのＡｌＧａＮ層（特に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６）を成長させると、特に基板周辺部において下地のｎ型ＧａＮコンタクト層１０５との格子定数差によりこのＡｌＧａＮ層にクラックが発生するが、ＧａＮ系半導体層Ｌは第２の領域で分断されるため、このクラックが基板中心方向に伝播するのをほぼ完全に防止することができ、基板中心部のクラック本数をほぼ０にすることができ、ＧａＮ系半導体レーザの歩留まりの大幅な向上を図ることができる。
【００６６】
加えて、この一実施形態によれば、活性層８に接してアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層９が設けられ、このアンドープＩｎＧａＮ劣化防止層９に接してｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０が設けられているので、アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層９により、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０により活性層８に発生する応力を大幅に緩和することができるとともに、ｐ型層のｐ型ドーパントとして用いられるＭｇが活性層７に拡散するのを有効に抑制することができる。
【００６７】
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００６８】
例えば、上述の一実施形態において挙げた数値、構造、基板、原料、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、構造、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。
【００６９】
具体的には、例えば、上述の一実施形態においては、レーザ構造を形成するｎ型層を基板上に最初に積層し、その上にｐ型層を積層しているが、これと積層順序を逆にし、基板上に最初にｐ型層を積層し、その上にｎ型層を積層した構造としてもよい。
【００７０】
また、上述の一実施形態においては、ｃ面サファイア基板を用いているが、必要に応じて、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、スピネル基板、厚いＧａＮ層からなる基板などを用いてもよい。また、ＧａＮバッファ層の代わりに、ＡｌＮバッファ層やＡｌＧａＮバッファ層を用いてもよい。
【００７１】
また、上述の一実施形態においては、この発明をＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザの製造に適用した場合について説明したが、この発明は、例えば、ＤＨ（Double Heterostructure）構造のＧａＮ系半導体レーザの製造に適用してもよいことはもちろん、ＧａＮ系発光ダイオードの製造に適用してもよく、さらにはＧａＮ系ＦＥＴやＧａＮ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた電子走行素子に適用してもよい。
【００７２】
さらに、上述の一実施形態においては、ＭＯＣＶＤ法により成長を行う際のキャリアガスとしてＨ2 ガスを用いているが、必要に応じて、他のキャリアガス、例えばＨ2 とＮ2 あるいはＨｅ、Ａｒガスなどとの混合ガスを用いてもよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、基板の一主面上に成長された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をパターニングすることによりストライプ形状の種結晶を形成し、この際、第１の領域では種結晶が第１の間隔で周期的に形成され、第２の領域では種結晶が第１の間隔より大きい第２の間隔で形成されるようにし、これらの種結晶を用いて基板上に第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させるようにしていることにより、この第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が第２の領域においてつながらず、分断された状態とすることができる。そして、その上に成長させる、発光素子構造などの素子構造を形成する第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層も、第２の領域においてつながらず、分断された状態とすることができる。このため、基板としてサファイアなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と格子定数および／または熱膨張係数が大きく異なる物質からなるものを用いても、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長後における基板の反り量の大幅な低減を図ることができる。このため、半導体発光素子や半導体装置の製造において、フォトリソグラフィー工程における露光や基板の裏面研削などを支障なく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための平面図および断面図である。
【図２】この発明の一実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図３】この発明の一実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】ＭＯＣＶＤ法により成長されるＧａＮの縦方向成長速度および横方向成長速度の成長温度依存性を示す略線図である。
【図５】ＭＯＣＶＤ法により成長されるＧａＮの縦方向成長速度および横方向成長速度のＴＭＧａ供給レート依存性を示す略線図である。
【図６】この発明の一実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】この発明の一実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図８】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図９】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための平面図である。
【図１１】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１４】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】サファイア基板上にＧａＮ系半導体層を成長させたときの基板の反り量とＧａＮ系半導体層の厚さとの関係を示す略線図である。
【図１６】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法の問題点を説明するための略線図である。
【図１７】従来のＧａＮ系半導体レーザの製造方法の問題点を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１・・・ｃ面サファイア基板、３・・・アンドープＧａＮ層、４・・・ｎ型ＧａＮ層、５・・・ｎ型ＧａＮコンタクト層、６・・・ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、７・・・ｎ型ＧａＮ光導波層、８・・・活性層、９・・・アンドープＩｎＧａＮ劣化防止層、１０・・・ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層、１１・・・ｐ型ＧａＮ光導波層、１２・・・ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、１３・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層、１４・・・リッジ、１５・・・絶縁膜、１６・・・ｎ側電極、１７・・・ｐ側電極
Claims (12)
- 基板の一主面上に成長された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をパターニングすることによりストライプ形状の種結晶を形成し、この際、第１の領域では上記種結晶が第１の間隔で周期的に形成され、第２の領域では上記種結晶が上記第１の間隔より大きい第２の間隔で形成されるようにし、上記種結晶を用いて上記基板上に第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させ、この際、互いに隣接する少なくとも一対の上記種結晶から横方向成長した上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が会合していない領域を有するようにした窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を用い、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板上に、素子構造を形成する第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させるようにした半導体装置の製造方法。
- 上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はＧａＮ層である請求項１記載の半導体装置の製造方法。
- 上記種結晶は〈１−１００〉方向に互いに平行に延在するストライプ形状を有する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
- 上記基板は窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なる物質からなる請求項１記載の半導体装置の製造方法。
- 上記基板はサファイアからなる請求項１記載の半導体装置の製造方法。
- 上記半導体装置は半導体発光素子である請求項１記載の半導体装置の製造方法。
- 基板の一主面上に第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をパターニングすることによりストライプ形状の種結晶を形成し、この際、第１の領域では上記種結晶が第１の間隔で周期的に形成され、第２の領域では上記種結晶が上記第１の間隔より大きい第２の間隔で形成されるようにする工程と、
上記種結晶を用いて上記基板上に第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に、素子構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程とを有する半導体装置の製造方法。 - 上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はＧａＮ層である請求項７記載の半導体装置の製造方法。
- 上記種結晶は〈１−１００〉方向に互いに平行に延在するストライプ形状を有する請求項７記載の半導体装置の製造方法。
- 上記基板は窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なる物質からなる請求項７記載の半導体装置の製造方法。
- 上記基板はサファイアからなる請求項７記載の半導体装置の製造方法。
- 上記半導体装置は半導体発光素子である請求項７記載の半導体装置の製造方法。
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