JPH1084167A

JPH1084167A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光デバイス及びその製造方法

Info

Publication number: JPH1084167A
Application number: JP15972497A
Authority: JP
Inventors: Shinya Nunogami; 真也布上; Masahiro Yamamoto; 雅裕山本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-06-17
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 1998-03-31
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: JP3691934B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】半導体層の損傷に起因するテバイスの歩留りの
低下や特性の劣化を防止する。【解決手段】窒化ガリウム系化合物半導体発光デバイス
は、サファイア基板１１を支持体とすると共に表裏両面
にｎ型１６及びｐ型１５電極を有する。サファイア基板
には、上面から下面に貫通し且つ下方に向かって収束す
るように傾斜する両側壁面１１ｂを有する溝１１ａが形
成される。サファイア基板上にバッファ層１２が配設さ
れ、更にその上にｎ型層及びｐ型層を含む窒化ガリウム
系化合物半導体多重層１３が配設される。半導体多重層
は、両側壁面に沿って配設された両側部分と、両側部分
の問に位置し且つ両側部分１９と−体的に形成された中
央部分１８とを有する。ｎ型及びｐ型電極は、半導体多
重層の中央部分を挟んで対向するように配設される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サファイア基板を
支持体とすると共に表裏両面にｎ型及びｐ型電極を有す
る窒化ガリウム系化合物半導体発光デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザ或いはＬＥＤ等の発光デバ
イスとして、サファイア基板を用いた窒化ガリウム系化
合物半導体発光デバイスが用いられる。この種の発光デ
バイスにおいては、サファイア基板が絶縁性であると共
に孔あけ加工が困難なために、ｎ型電極及びｐ型電極は
同一面側に形成される。この場合、チップサイズが大き
くなるため一枚のウエハより得られるデップ数が少なく
なり、コストも増加する。また、電極の間隔を狭くでき
ないためデバイス抵抗が高くなると共に、均−なキャリ
アの注入が困難となるため発光効率が悪い。また、電極
間隔を狭くする場合には、電気的に短絡する恐れがある
等の問題がある。

【０００３】このような問題に対応するため、特開平７
−２０２３２５号及び特開平７−２２１３４７号公報
は、サファイア基板上に積層された窒化ガリウム系化合
物半導体多重層の上下面にｎ型及びｐ型電極を配設した
発光デバイスを開示する。これらの公報に開示の発光デ
バイスの製造に際しては、先ず、サファイア基板上に、
ｎ型及びｐ型層を含む窒化ガリウム系化合物半導体多重
層を積層する。次に、下面側からサファイア基板の一部
を除去し、半導体多重層の下面を露出させる。次に、半
導体多重層の上下面にｎ型及びｐ型電極を形成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の公報に開示の発
光デバイスの製造方法においては、サファイア基板上に
窒化ガリウム系化合物半導体多重層を積層し、その後、
電極を作成するための孔をサファイア基板に形成してい
る。孔の加工は、ダイサー等による物理的加工技術や、
ドライエッチングやウエットエッチング等のエッチング
技術を用いイている。しかし、この場合、以下のような
問題が生じる。先ず、ダイサー等の物理的加工技術を用
いる場合、積層Ｌた窒化ガリウム系半導体層ヘダメージ
を与えずにサフアイア基板のみを制御性よくカットする
ことは実質的に不可能である。

【０００５】また、ドライエッチングによりサファイア
の加工を行なう場合、窒化ガリウム系半導体のエッチン
グを行なう場合のイオンエネルギーよりも大きくする必
要がある。このため、物理的スパッタリングの寄与が大
きくなり、サファイアと窒化ガリウム系半導体とのエッ
チングの選択性は低下してしまう。その結果、サファイ
ア基板と窒化ガリウム系半導体層との界面でエッチング
を制御性よく停止するのが困難となり、窒化ガリウム系
半導体層にエッチング損傷をもたらす。

【０００６】また、ドライエッチングやウエットエッチ
ング等では、サファイアのエッチング速度が非常に遅
い。このため、通常３５０μｍ以上の厚さのサファイア
基板に、窒化ガリウム系半導体層への損傷を導入せずに
孔をあけるのは実際上困難である。

【０００７】以上のように、従来の技術では、サフアイ
ア基板の加工において、窒化ガリウム系半導体層へ損傷
を与えてしまうため、デバイスの歩留まりの低下を招く
と共に、デバイス特性の劣化が生じるという重大な問題
がある。

【０００８】従って、本発明は、サファイア基板を支持
体とすると共に表裏両面にｎ型及びｐ型電極を有する窒
化ガリウム系化合物半導体発光デバイスにおいて、半導
体層の損傷に起因するデバイスの歩留まりの低下や特性
の劣化を防止することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム系
化合物半導体発光デバイスは、上面から下面に貫通し且
つ下方に向かって収束するように傾斜する両側壁面を有
する溝が形成されたサファイア基板と、前記サファイア
基板に支持された、ｎ型層及びｐ型層を含む窒化ガリウ
ム系化合物半導体多重層と、前記半導体多重層は、前記
両側壁面に沿って配設された両側部分と、前記両側部分
の問に位置し且つ前記両側部分と一体的に形成された中
央部分とを有することと、前記デバイスの上下に位置す
るように、前記半導体多重層の上下面に夫々接続された
第１及び第２電極と、を具備することを特徴とする。

【００１０】また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導
体発光デバイスは、前記半導体多重層の前記中央部分の
上下面は前記サファイア基板の前記上下面の間に位置す
ることを特徴とする。

【００１１】さらに、本発明の窒化ガリウム系化合物半
導体発光デバイスは、前記半導体多重層の前記中央部分
の下面に対する前記両側壁面の角度は３０°〜９０゜で
あることを特徴とする。

【００１２】さらに、本発明の窒化ガリウム系化合物半
導体発光デバイスは、前記溝は矩形の平面形状を有し、
前記溝の対向する２辺に前記両側壁面が配設され、他の
対向する２辺において前記半導体多重層がへき開面を有
することを特徴とする。

【００１３】さらに、本発明の窒化ガリウム系化合物半
導体発光デバイスは、前記第１及び第２電極は前記半導
体多重層の前記中央部分を挟んで対向するように配設さ
れることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系
化合物半導体発光デバイス。さらに、本発明の窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光デバイスは、前記サファイア基
板と前記半導体多重層との間に配設されたバッファ層を
具備することを特徴とする。

【００１４】さらに、本発明の窒化ガリウム系化合物半
導体発光デバイスは、前記バッファ層は、ＺｎＯ、Ｇａ
Ｎ、ＡＩＮ、ＧａＡｌＮ、ＬｉＡｌ０２、ＬｉＧａＯ
２、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＳｉＣからなる群から選択された
材料からなることを特徴とする。

【００１５】さらに、本発明の窒化ガリウム系化合物半
導体発光デバイスは、前記溝を覆うように、前記サファ
イア基板に対して貼り合わされた支持基板を有すること
を特徴とする。

【００１６】さらに、本発明の窒化ガリウム系化合物半
導体発光デバイスは、前記支持基板は、Ｓｉ、ＳｉＣ、
ＢＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｓからなる群から選択された材料
からなることを特徴とする。

【００１７】さらに、本発明の窒化ガリウム系化合物半
導体発光デバイスは、前記半導体多重層が、前記溝外に
位置し且つ前記中央部分及び前記両側部分と一体的に形
成された外部部分を有し、前記支持基板が導電性で且つ
前記半導体多重層の前記外部部分に接続され、前記第１
電極が前記支持基板上に配設されることを特徴とする。

【００１８】さらに、本発明の窒化ガリウム系化合物半
導体発光デバイスは、コンタクトホールが形成されたサ
フアイア基板と、前記コンタクトホール内に配設され
た、窒化ガリウム系化合物半導体と格子定数が近い材料
からなる埋込み層と、前記コンタクトホールを覆うよう
に前記サファイア基板上に配設された、ｎ型層及びｐ型
層を含む窒化ガリウム系化合物半導体多重層と、前記デ
バイスの上下に位置するように、前記半導体多重層の上
下面に夫々接続された第１及び第２電極とを具備し、前
記第２電極は前記コンタクトホールを介して前記半導体
多重層と接続されることを特徴とする。

【００１９】さらに、本発明の窒化ガリウム系化合物半
導体発光デバイスは、前記埋込み層はＺｎ′Ｏ．Ｇａ
Ｎ．ＡＩＮ、ＧａＡｌＮ）ＬｉＡ１０２、ＬｉＧａ０
２、ＭｇＡ１２０４、ＳｉＣからなる群から選択された
材料からなることを特徴とする。本発明の窒化ガリウム
系化合物半導体発光デバイスの製造方法は、サファイア
基板の第１面に、内方に向かって収束するように傾斜す
る両側壁面を有する溝を形成する工程と、前記溝を含む
前記サファイア基板の前記第１面上に、ｎ型層及びｐ型
層を含む窒化ガリウム系化合物半導体多重層を形成する
工程と、前記半導体多重層は、前記両側壁面に沿って配
設された両側部分と、前記両側部分の間に位置し且つ前
記両側部分と一体的に形成された中央部分とを有するこ
とと、前記第１面の逆側の前記サファイア基板の第２面
から研磨し、前記溝が前記サファイア基板を貫通するま
で前記サファイア基板を薄くする工程と、前記デバイス
の上下に位置するように、前記半導体多重層の上下面に
夫々第１及び第２電極を接続する工程と、を具備するこ
とを特徴とする。

【００２０】また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導
体発光デバイスの製造方法は、前記溝を含む前記サファ
イア基板の前記第１面と前記半導体多重層との間にバッ
ファ層を形成する工程を具備し、前記バッファ層が、Ｚ
ｎ０、ＧａＮ、Ａ１Ｎ、ＧａＡＩＮ、ＬｉＡｌＯ２、Ｌ
ｉＧａＯ２、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＳｉＣからなる群から選
択された材料からなることを特徴とする。

【００２１】さらに、本発明の窒化ガリウム系化合物半
導体発光デバイスの製造方法は、前記サファイア基板を
研磨した後、前記サフ本ァィア基板をマスクとして、前
記サファイア基板の前記第２面側から前記バッファ層の
少なくとも一部を除去する工程を具備することを特徴と
する。

【００２２】さらに、本発明の窒化ガリウム系化合物半
導体発光デバイスの製造方法は、前記溝の周囲に位置す
るように、前記サファイア基板の前記第１面にスリット
を形成する工程と、前記スリットにより前記サファイア
基板をへき開して前記デバイスを切出す工程とを具備す
ることを特徴とする。

【００２３】さらに、本発明の窒化ガリウム系化合物半
導体発光デバイスの製造方法は、前記半導体多重層を形
成した後で且つ前記サファイア基板を研磨する前に、前
記溝を覆うように、前記サファイア基板に対して支持基
板を貼り合わせる工程を具備することを特徴とする。

【００２４】さらに、本発明の窒化ガリウム系化合物半
導体発光デバイスの製造方法は、サファイア基板にコン
タクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホール
を含む前記サファイア基板に、窒化ガリウム系化合物半
導体と格子定数が近い第１の材料からなる第１層を貼り
合わせる工程と、前記コンタクトホールを含む前記サフ
ァイア基板に、窒化ガリウム系化合物半導体と格子定数
が近く且つ前記第１の材料に対して選択的にエッチング
が可能な第２の材料からなる埋込み層を形成する工程
と、前記第２材料に対する前記第１の材料の選択エッチ
ングにより前記第１層を前記サファイア基板上から除去
する工程と、前記埋込み層及び前記サファイア基板上
に、ｎ型層及びｐ型層を含む窒化ガリウム系化合物半導
体多重層を形成する工程と、前記デバイスの上下に位置
するように、前記半導体多重層の上下面に夫々第１及び
第２電極を接続する工程ととを具備し、前記第２電極は
前記コンタクトホールを介して前記半導体多重層と接続
されることを特徴とする。

【００２５】さらに、本発明の窒化ガリウム系化合物半
導体発光デバイスの製造方法は、前記第１及び第２の材
料は夫々ＡＩＮ及びＧａＮからなることを特徴とする。

【００２６】さらに、本発明の窒化ガリウム系化合物半
導体発光デバイスの製造方法は、サファイア基板に輻が
１０μｍ以下のコンタクトホールを形成する工程と、前
記コンタクトホールを含む前記サファイア基板上に、ｎ
型層及びｐ型層を含む窒化ガリウム系化合物半導体多重
層を形成する工程と、前記デバイスの上下に位置するよ
うに、前記半導体多重層の上下面に夫々第１及び第２電
極を接続する工程とを具備し、前記第２電極は前記コン
タクトホールを介して前記半導体多重層と接続されるこ
とを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光デバイ
スの製造方法。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１Ａ〜Ｄは本発明の実施の形態
に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザ（発光デバィ
ス）の製造方法を工程順に示す断面図である。

【００２８】先ず、図ＩＡ図示の如く、厚さ３５０μｍ
のサファイア基板１１の片面に深さ４０μｍの溝１１ａ
を形成する。溝１１ａは、例えば次の方法により形成す
ることができる。

【００２９】即ち、先ず、スパッタリングによりアモル
ファスカーポン（ａ−Ｃ）を１μｍ堆積し、続いて、フ
オトレジストを塗布し、通常のフォトリソグラフィによ
りフォトレジストバターンを作製する。次に、フオトレ
ジストパターンをマスクとしてＣＦ４ガスを用いた反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりａ−Ｃ層のエッチ
ングを行いバターンを転写する。

【００３０】次に、ａ−Ｃ層をマスクにＣｌ２／Ａｒ混
合ガスを用いた反応性ィォンビームエッチング（ＲＩＢ
Ｅ）でサファイアのエッチングを行い、その後リン酸系
のエッチャントによりドライエッチングによる損傷層を
除去する。溝１１ａ形成後、ａ−Ｃ層を０２アッシャー
により除去する。このようにして形成された溝１１ａは
テーバ状の側壁面１１ｂと平坦な底面１１ｃとから構成
される。

【００３１】なお、サファイア基板１１に溝１１ａを形
成する方法は、ドライエッチングに限らず、ダイサー、
超音波加工、研磨加工等の機械的加工方法、或いはレー
ザ加工法等の物理的な加工方法、その他どのような方法
によってもよい。

【００３２】次に、図ＩＢ図示の如く、溝１１ａを形成
したサファイア基板１１上に、ＭＯＣＶＤにより、例え
ばＡＩＮからなるバッファ層１２及び窒化ガリウム系化
合物半導体多重層１３を順に積層する。『バッフア層１
２は、窒化ガリウム系化合物半導体と格子定数の極めて
近い導電性若しくは非導電性の材料、例えばＺｎ０、Ｇ
ａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮ、ＬｉＡ１０２、ＬｉＧａ０
２、ＭｇＡｌ２０４、ＳｉＣ等から形成することができ
る。｛ＯＫ？｝』窒化ガリウム系化合物半導体多重層１
３は、バッファ層１２側から順に、ｎ−ＧａＮコンタク
ト層１３ａ、ｎ−ＧａＡｌＮクラッド層１３ｂ、ＩｎＧ
ａＮ活性層１３ｃ、ｐ−ＧａＡｌＮクラッド層１３ｄ、
及びｐ−ＧａＮコンタクト層１３ｅからなる。窒化ガリ
ウム系化合物半導体多重層１３の形成には、ＭＯＣＶＤ
に限らず、ＭＢＥ等の他の結晶成長法を用いてもよい。

【００３３】次に、図ＩＣ図示の如く、サファイア基板
１１の、窒化ガリウム系化合物半導体多重層１３を積層
した面と反対側の而から、バッファ層１２が露出するま
でサファイア基板１１を研磨加工する。サファイア基板
１１が厚い場合には、荒い研磨粉を使用し、薄くなるに
従い、徐々に粒の小さい研磨粉を使用する。バッファ層
１２が露出する直前より、メカノケミカルな研磨を行う
ことにより、研磨による窒化ガリウム系化合物半導体多
重層１３の損傷を小さくすることができる。

【００３４】次に、Ｃ１２／Ａｒ混合ガスを用いてＲＩ
ＢＥを行なった後、リン酸系のエッチャントによるウエ
ットエッチングによりサファイア基板１１をマスクとし
てバッファ層１２を除去する。ここで、ＲＩＢＥにおい
てはサファイア基板１１をエッチングする条件より物理
的スバッタリングの効果が小さく化学的効果の大きい条
件でエッチングを行い、窒化ガリウム系化合物半導体多
重層へのエッチング損傷を低減する。なお、バッファ層
１２が導電性の層である場合には、バッファ層１２を全
て除去する必要はなく、損傷を除去するために一部を除
去するのみでもよい。

【００３５】次に、図１Ｄ図示の如く、積層した窒化ガ
リウム系化合物半導体多重層１３上に保護膜としてＳｉ
０２酸化膜１４を形成し、更に、酸化膜１４の一部にコ
ンタクトホール１４ａを形成する。次に、コンタクトホ
ール１４ａを埋め込むようにｐ型電極１５を形成し、半
導体多重層１３の上面にｐ型電極１５を接続する。ま
た、サファイア基板１１の下面側にｎ型電極１６を形成
し、半導体多重層１３の下面にｎ型電極１６を接統す
る。ｎ型電極１６は溝１１ａの底部のバッファ層１２が
除去された部分においては、露出された窒化ガリウム系
化合物半導体多重層１３のｎ−ＧａＮコンタクト暦１３
ａに接触する。

【００３６】以上の方法により製造した本実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、ｐ型電極１
５とｎ型電極１６とがデバイスの表裏面上に配設され且
つ半導体多重層１３を介して対向する構造となる。この
ため、電極１５、１６の間隔を狭くして、デバイス抵抗
を低くすることができる。また、このような構造によ
り、窒化ガリウム系化合物半導体多重層１３内のＩｎＧ
ａＮ活性層１３ｃに対してキャリアを均一且つ効率的に
注入することができる。

【００３７】更に、ヒートシンクへのマウントに際し
て、サファイア基板１１を介さずに窒化ガリウム系化合
物半導体多重層１３を直接ヒートシンクに接触させるこ
とができるため、デバイス特性の熱的な影響を最小に抑
えることができる。また、発光デバイスの周囲に残るサ
ファイア基板１１部分は、デバイスの保護や機械的強度
を保つ役割をはたす。また、溝１１ａのデーパ側壁面１
１ｂは溝１１ａの底面１ｌｃ上で発生した光を上方に集
光する反射面として作用するため、半導体多重層１３の
上面から発光するＬＥＤデバイスに適した構造となる。
溝の幅が発光波長程度に狭い場合には、レーザー発光の
横モードの制御構造にもなる。

【００３８】ここで、留意すべきことは、本発明の発光
デバイスの上記利点のいくつかが、発光デバイスの能動
部として機能する半導体多重層１３の中央部分１８（図
ＩＤ参照）が、サファイア基板１１の溝１１ａ内に、望
ましくはサファイア基板１１の上下面内に収まるように
配設されていることによりもたらされるということであ
る。これは、溝１１ａが下方に向けて収束するように傾
斜する両側壁面１ｌｂを有し、ここに、窒化ガリウム系
化合物半導体多重層１３の両側部分１９が支持されるこ
とにより可能となる。

【００３９】もし、半導体多重層１３の中央部分１８の
上面或いは下面（一般的にはこれら上下面は平行）に対
する両側壁面１１ｂの角度θが大き過ぎると、半導体多
重層１３の中央部分１８と両側部分との接続部の機械的
強度が低下して割れが生じる可能性が高くなる。逆に、
角度θが小さすぎると、半導体多重層１３の中央部分１
８が溝１１ａから外部にとび出すため、発光デバイスの
能動部が保護されなくなるとともに、単一の素子の幅が
広くなりすぎる。従って、角度θは、望ましくは３０°
〜９０゜に設定される。

【００４０】図２は図１Ａ図示の工程完了時におけるサ
ファイア基板１１を示す平面図である。サファイア基板
１１上には２個の溝１１ａが形成され、また、それぞれ
の溝１１ａの両端部にはその幅方向（線皿一IIｍに沿っ
た方向）にスリット２１が形成される。更に、溝１１ａ
の長手方向の両側に沿ってスリット２２が形成される。
スリット２１、２２は、図ＩＤ図示の工程が完了した段
階で、図２図示の如く、サファイア基板１１をスリット
２１、２２に沿ってへき開すると、２個の独立した発光
デバイスが得られるように形成される。

【００４１】図３Ａは発光デバイスが形成された状態に
おける図２の線III ａ−III ａに沿った断面図で、図３
Ｂは図２及び図３Ａの線皿一皿に沿った断面図である。
図３Ｂ図示の如く、線IIｍ−IIｍ、即ち、スリット２１
に沿ってサファイア基板１１が除去されるので、半導体
多重層１３をへき開することにより、発光デバイス３１
の両端面３１ａはレーザ共振器の端而ミラーとして作用
する。従って上述の製造方法によれば、レーザ共振器の
端面ミラーが容易に形成できる。

【００４２】図４は図１Ａ図示の工程完了時におけるサ
ファイア基板１１の変更例を示す斜視図である。サファ
イア基板１１上には６個の溝１１ａが平行に配列形成さ
れる。これらの溝１１ａは横方向の溝１１ｄの両側に３
個ずつ配置される。このようなサファイア基板１１に対
して、図ＩＡ−Ｄ図示の工程を施した後、ダイサー等に
より切断することにより、同一工程により６個の発光デ
バイスを一度に製造することができる。

【００４３】図５はこのようにして完成した１個のデバ
イスを示す斜視図である。この発光デバイス５１は溝１
１ａの長手方向の両端而５２、５３からレーザ光を発射
する。なお、図５に示される端面５２は、図４の溝１１
ｄに沿ってへき開することにより形成される。しかし、
端面５２はドライエッチングや研磨により形成してもよ
い。他方、端面５３はドライエッチングにより形成され
る。即ち、エッチングマスクをサファイア基板１１の裏
面側に形成した後、塩素を主体とするガスを用いたＲＩ
ＢＥによりエッチングを行う。

【００４４】図５図示の発光デバイス５１の周囲に残る
サファイア基板１１部分は、デバイスの機械的強度を保
つ役割を果たしている。また、端面５３部分にはサファ
イア基板１１との問に空間５４が形成されており、ここ
に、反射器、光変調器或いは受光器等の部品（図示せ
ず）を収納することができる。また、サファイア基板１
１上にはレンズ、反射器、導波路等の部品（図示せず）
を形成することも可能である。

【００４５】なお、上記実施の形態で示した窒化ガリウ
ム系化合物半導体多重層の構造は一例にすぎず、本発明
は窒化ガリウム系化合物半導体多重層の構造には依存し
ない。即ち、本発明は、例えば、ｐ層、ｎ層の積層順番
が逆になったり、窒化ガリウム系化合物半導体多重層の
組成が変わっても適用することができる。

【００４６】図６Ａ−Ｃは本発明の別の実施の形態に係
る窒化ガリウム系化合物半導体レーザ（発光デバイス）
の製造方法を工程順に示す断面斜視図である。

【００４７】先ず、図１Ａ図示の工程において、サファ
イア基板１１上に発光デバイスを作り込むための溝１１
ａを形成する際に、溝１１ａと平行に延びるように素子
分離溝２５を溝１１ａ問に形成する。この際、素子分離
溝２５が溝１１ａよりも、バッファ層１２及び窒化ガリ
ウム系化合物半導体多重層１３の厚さ分だけ深くなるよ
うにする。

【００４８】次に、図１Ｂ図示の工程により、サファイ
ア基板１１上蚤こハッファ層１２及び窒化ガリウム系化
合物半導体多重層１３を形成する。次に、図６Ａ図示の
如く、半導体多重層１３上に重なるように、サファイア
基板１１に第２の基板２６を貼り合わせる。第２の基板
２６は、そのへき開が容易な方向が窒化ガリウム系化合
物半導体半導体多重層１３のへき開方向と−致するよう
にする。

【００４９】次に、図６Ｂ図示の如く、サファイア基板
１１を裏面側より薄くし、溝１１ａに形成されたバッフ
ァ層１２を露出させる。この際、素子分離溝２５は層１
２、１３分だけ溝１１ａより深いため、サフアイア基板
１１は素子分離溝２５で分断された状態となる。この工
程において、例えば厚さ３５０μｍのサファイア基板１
１の基板は約４０μｍまで薄くされる。しかし、第２の
基板２６により、サファイア基板１１、バッファ層１
２、及び半導体多重層１３が一体的に支持されているた
め、半導体多重層１３は、図１Ａ〜Ｄ図示の製造方法に
比べて、より確実に保護される。また、この工程におい
て、素子分離溝２５による開口を目印とすることによ
り、ザファイア基板１１を薄くしすぎて半導体多重層１
３を傷つけるようなことがなく、作業を行なうことが可
能となる。

【００５０】次に、第２の基板２６の上面上に一方の電
極１５、バッファ層１２（もし導電性であれば）の下面
上に他方の電極１６を形成する。但し、バッファ層１２
が導電性でない揚合は、更にバッファ層１２を削って半
導体多重層１３を露出させた後、電極１６を形成する。
また、上側の電極１５は、溝１１ａの外に位置する半導
体多重層１３の外部部分に対して、導電性の第２の基板
２６を介して接統されることとなる。

【００５１】次に、素子分離溝２５に沿って第２の基板
２６を切断し、図６Ｃ図示の如く、捧状の部分、即ち各
半導体レーザ毎に切り離す。また、窒化ガリウム系化合
物半導体多重層１３のへき開方向に沿ってそのへき開を
行い、レーザ共振器を完成する。なお、半導体多皿層１
３のへき開方向と、第２の基板２６のへき開方向とは一
致しているため、制御性よく共振器を作製することが可
能となる。

【００５２】なお、第２の基板２６が導電性でない揚合
は、第２の基板をサファイア基板１１に貼り合わせる前
に、溝１１ａ内で半導体多重層１３上に電極１５を予め
設けるようにすればよい。

【００５３】図７Ａ〜Ｇは本発明の更に別の実施の形態
に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザ（発光デバイ
ス）の製造方法を工程順に示す断面図である。

【００５４】先ず、図７Ａ図示の如く、第１のサファイ
ア基板６１にテーバ状のコンタクトホール６２を加工形
成する。なお、サファイア基板６１にホール６２を形成
する方法は、図ＩＡ図示の工程においてサファイア基板
１１に溝１１ａを形成する方法と同様、コンタクトホー
ル６２のサイズ、形状に応じて適切な方法を選択するこ
とができる。例えば、ダイサー、超音波加工、研磨加工
等の機械的な加工方法、或いはレーザ加工法等の物理的
な加工方法、或いはリン酸エッチヤントを用いたケミカ
ルエッチング等の化学的な加工方法を使用することがで
きる。

【００５５】本実施の形態では、この工程において、先
ず、厚さ３５０μｍの第１のサファイア基板６１を１５
０μｍの厚さまで薄くする。次に、ダイシング加工レー
ザ加工及び超音波加工後、再び研磨加工を行い、サファ
イア基板６１に最小開口部の径若しくは幅が２０μｍの
コンタクトホール６２を穿設する。

【００５６】一方、例えばＡＩＮからなるバッファ層６
３を積層した第２のサファイア基板６４を準備し、図７
Ｂ図示の如く、第２のサファイア基板６４上に第１のサ
ファイア基板をバッファ層６３をはさみ込むように貼り
合わせる。次に、第１のサファイア基板６１上にＭＯＣ
ＶＤにより例えばＧａＮからなる埋込み層６５を成長さ
せ、コンタクトホール６２を埋め込む。なお、埋込み層
６５の形成には、ＭＯＣＶＤに限らず、ＭＢＥ、ＥＢ蒸
着、スバッタ等の他の結晶成長法を用いてもよい。

【００５７】次に、図７Ｃ図示の如く、リン酸系エッチ
ャントによりバッファ層６３を選択的にエッチングし、
第１のサファイア基板６１から第２のサファイア基板６
４を剥がす。次に、第１のサファイア基板６１に成長形
成された埋込み層６５をテーバ状のコンタクトホール６
２部を除いて研磨除去する。

【００５８】バッファ層６３及び埋込み層６５は、窒化
ガリウム系化合物半導体と格子定数の極めて近い導電性
若しくは非導電性の材料、例えばＺｎ０．ＧａＮ．ＡＩ
Ｎ、ＧａＡＩＮ．ＬｉＡ１０２、ＬｉＧａ０２、ＭｇＡ
ｌ２０４、ＳｉＣ等から形成することができる。但し、
バッファ層６３は埋込み層６５に対して選択的にエッデ
ング除去できる材料からなることが望ましい。また、バ
ッファ層６３を積層した第２のサファイア基板６４の代
わりに、バッファ層６３の材料単体からなる基板を第１
のサファイア基板６１に貼り合わせるようにしてもよ
い。

【００５９】次に、図７Ｄ図示の如く、サファイア基板
６１を裏返しにし、その上に、ＭＯＣＶＤにより、『例
えばＧａＮからなるバッファ層６６及び窒化ガリウム系
化合物半導体多重層６７を順に積層する。バッファ層６
６は、窒化ガリウム系化合物半導体と格子定数の極めて
近い導電性若しくは非導電性の材料、例えばＺｎ０、Ｇ
ａＮｓＡｌＮｓＧａＡｌＮｓＬｉＡ１０２、ＬｉＧａ０
２、ＭｇＡ１２０４、ＳｉＣ等から形成することができ
る。窒化ガリウム系化合物半導体多重層６７は、バッフ
ァ層６６側から順に、ｎ−ＧａＮコンタクト層６７ａ．
ｎ−ＧａＡｌＮクラッド層６７ｂ．ＩｎＧａＮ活性層６
７ｃ．ｐ−ＧａＡｌＮクラッド層６７ｄ、一及びｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層６７ｅからなる。窒化ガリウム系化合
物半導体多重層６７の成長はＭＯＣＶＤ法に限らず、Ｍ
ＢＥ等の他の結晶成長法を用いてもよい。

【００６０】次に、図７Ｅ図示の如く、積層した窒化ガ
リウム系化合物半導体多重層６７上に保護膜としてＳｉ
Ｏ２酸化膜６８を形成し、更に、酸化膜６８の一部にコ
ンタクトホール６８ａを形成する。次に、コンタクトホ
ール６８ａを埋め込むようにｐ型電極６９を形成し、半
導体多重層６７の上面にｐ型電極６９を接続する。

【００６１】また、埋込み層６５を、ドライエッチング
若しくはウエットエッチングにより、サファイア基板６
１をマスクとしてエッチング除去する。そして、コンタ
クトホール６２を埋め込むようにｎ型電極７０を形成
し、半導体多重層６７の下面にｎ型電極７０を接統す
る。このとき、バクファ層６６が導電性であれば、これ
を除去する必要はない。しかし、バッファ層６６が非導
電性の場合には、図７Ｆ図示の如く、サファイア基板６
１をマスクとして更にエッデングしてバッファ層６６を
除去し、露出した半導体多重層６７の下面にコンタクト
するように電極７０を形成する。また、埋込み層６５が
導電性であれば、これを除去する必要はなく、図７Ｇ図
示の如く、埋込み層６５の上に電極７０を作製すること
ができる。

【００６２】以上の方法により製造した本実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体発光デバイスは、ｐ型
電極６９とｎ型電極７０とが、デバイスの表裏而上に配
設され且つ半導体多重層６７を介して対向する構造とな
る。このため、電極６９、７Ｏの問隔を狭くして、デバ
イス抵抗を低くすることができる。また、窒化ガリウム
系化合物半導体多重層６７の要部はサファイア基板６１
上でなく、コンタクトホール６２を埋めている埋込み層
６５上に成長されるため、格子不整合の問題がなく高品
質の結晶からなると考えられる。

【００６３】また、前述したように、従来のデバイスで
は、窒化ガリウム系化合物半導体多重層を形成した後、
サファイア基板に孔をあけ電極用のコンタクトホールを
作製しているため、半導体多重層に加工損傷が導入さ
れ、コンタクト抵抗の増大等デバイス特性の低下を招く
という問題がある。これに対して本実施の形態において
は、コンタクトホールを最初に形成するため、窒化ガリ
ウム系化合物半導体多重層６７を損傷する二とがなくな
り、デバイス特性を従来のデバイスと比較して大幅に改
善することができる。

【００６４】なお、図７Ａ〜Ｇ図示の実施の形態では、
サファイア基板６１に一つのコンタクトホール６２を開
ける場合にっいて説明したが、図８Ａ図示の如くストラ
イプ状のコンタクトホール７１或ぃは図８Ｂ図示の如く
平行な直線上に配列された複数個のコンタクトホール７
２を穿設してもよい。図８Ｃは、図８Ａ及びＢの線VIII
ｃ−VIIIc に沿った断面図である。同図においては図７
Ａ〜Ｇ中の部分と対応する部分には同一番号を付して説
明を省略する。

【００６５】図９Ａ〜Ｄは本発明の更に別の実施の形態
に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザ（発光デバィ
ス）の製造方法を工程順に示す平面図及び断面図であ
る。

【００６６】図７Ａ〜Ｇ図示の実施の形態では、コンタ
クトホール６２の幅が２０μｍと比較的大きい場合につ
いて説明している。しかし、コンタクトホール６２の幅
が１０μｍ以下、例えば５μｍ程度と狭く、バッフア層
６の厚さと同程度の場合には、コンタクトホール６２を
埋める必要がなくなる。

【００６７】図９Ａ〜Ｄ図示の実施の形態はかかる観点
に基づいたものである。

【００６８】先ず、図９Ｂ図示の如く、サファイァ基板
８１に、基板面に垂直な壁面を有し且つ基板厚とほぼ同
程度の幅のストライプ状のコンタクトホール８２を穿設
する。コンタクトホール８２の平面形状は図９Ａ図示の
通りである。

【００６９】次に、図９Ｃ図示の如く、コンタクトホー
ル８２を含むサフアイア基板８２の面上にバッファ層６
６及び窒化ガリウム系化合物半導体多重層６７を順に成
長させる。この場合、コンタクトホール８２の幅が小さ
いため、バツフア層６６を成、長させる際にコンタクト
ホールの上部まで成長が生じ、上面が平坦な膜を成長さ
せることが可能となる。

【００７０】次に、図９Ｄ図示の如く、積層した窒化ガ
リウム系化合物半導体多重層６７上に保護膜としてＳｉ
０２酸化膜６８を形成し、更に、酸化膜６８の一部にコ
ンタクトホール６８ａを形成する。次に、コンタクトホ
ール６８ａを埋め込むようにｐ型電極６９を形成し、半
導体多重層６７の上面にｐ型電極６９を接続する。

【００７１】また、サファィァ基板８１の裏面側からコ
ンタクトホール８２を通してバッファ層６６をエッチン
グ除去し、露出した半導体多重層６７の下面にコンタク
トするように電極７０を形成する。なお、このとき、バ
ッフア層６６が導電性であれば、これを除去する必要は
ない。

【００７２】以上の方法により製造した本実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体発光デバイスは、図７
Ａ〜Ｇ図示の方法により製造した発光デバイスと同じ構
造を有する。但し、コンタクトホール８２の面積が小さ
いため、コンタクトホール８２を複数個形成することが
望ましい。

【００７３】なお、本発明は、以上の実施の形態に示す
ストライプ構造のレーザのみならず、面発光レーザ、Ｌ
ＥＤ等の他の発光デバイスにも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａ〜Ｄは本発明の実施の形態に係る窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザ（発光デバイス）の製造方法を
工程順に示す断面図である。

【図２】図１Ａ図示の工程完了時におけるサファイア基
板を示す平面図である。

【図３】Ａは発光デバイスが形成された状態における図
２の線III ａ−皿に沿った断面図、Ｂは図２及び図３Ａ
の線皿一皿に沿った断面図である。

【図４】図１Ａ図示の工程完了時におけるサファイア基
板の変更例を示す斜視図である。

【図５】図４図示のサファイア基板を用いて完成した１
個のデバイスを示す斜視図である。

【図６】Ａ〜Ｃは本発明の別の実施の形態に係る窒化ガ
リウム系化合物半導体レーザ（発光デバイス）の製造方
法を工程順に示す断面斜視図である。

【図７】Ａ〜Ｇは本発明の更に別の実施の形態に係る窒
化ガリウム系化合物半導体レーザ（発光デバイス）の製
造方法を工程順に示す断面図である。

【図８】Ａ、Ｂは図７Ａ〜Ｇ図示の製造方法の変更例を
示す平面図、図８Ｃは、図８Ａ、Ｂの線VIIIｃ−VIIIｃ
に沿った断面図である。

【図９】Ａ〜Ｄは本発明の更に別の実施の形態に係る窒
化ガリウム系化合物半導体レーザ（発光デバイス）の製
造方法を工程順に示す平面図及び断面図である。

【符号の説明】

１１サファイア基板１１ａ溝１１ｂ側壁面１１ｃ底面１２バッファ層１３窒化ガリウム系化合物半導体多重層１３ａｎ−ＧａＮコンタクト層１３ｂｎ−ＧａＡｌＮクラッド層１３ｃＩｎＧａＮ活性層１４Ｓｉ０２酸化膜１４ａコンタクトホール１５ｐ型電極１６ｎ型電極１８中央部分１９両側部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上面から下面に貫通し且つ下方に向かっ
て収束するように傾斜する両側壁面を有する溝が形成さ
れたサファイア基板と、前記サファイア基板に支持され、前記両側壁面に沿って
配設された両側部分および前記両側部分の間に位置し且
つ前記両側部分と一体的に形成された中央部分とを有す
る、ｎ型層及びｐ型層を含む窒化ガリウム系化合物半導
体多重層と、前記デバイスの上下に位置するように、前記半導体多重
層の上下面に夫々接続された第１及び第２電極と、を具
備することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発
光デバイス。
【請求項２】前記半導体多重層の前記中央部分の下面
に対する前記両側壁面の角度は３０°〜９０゜であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物
半導体発光デバイス。
【請求項３】前記溝は矩形の平面形状を有し、前記溝
の対向する２辺に前記両側壁面が配設され、他の対向す
る２辺において前記半導体多重層がへき開面を有するこ
とを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物
半導体発光デバイス。
【請求項４】前記溝を覆うように、前記サファイア基
板に対して貼り合わされた支持基板を有することを特徴
とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発
光デバイス。
【請求項５】前記半導体多重層が、前記溝外に位置し
且つ前記中央部分及び前記両側部分と一体的に形成され
た外部部分を有し、前記支持基板が導電性で且つ前記半
導体多重層の前記外部部分に接続され、前記第１電極が
前記支持基板上に配設されることを特徴とする請求項４
に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光デバイス。
【請求項６】コンタクトホールが形成されたサフアイ
ア基板と、前記コンタクトホール内に配設された、窒化
ガリウム系化合物半導体と格子定数が近い材料からなる
埋込み層と、前記コンタクトホールを覆うように前記サ
ファイア基板上に配設された、ｎ型層及びｐ型層を含む
窒化ガリウム系化合物半導体多重層と、前記デバイスの
上下に位置するように、前記半導体多重層の上下面に夫
々接続された第１及び第２電極とを具備し、前記第２電
極は前記コンタクトホールを介して前記半導体多重層と
接続されることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導
体発光デバイス。
【請求項７】サファイア基板の第１面に、内方に向か
って収束するように傾斜する両側壁面を有する溝を形成
する工程と、前記溝を含む前記サファイア基板の前記第１面上に、ｎ
型層及びｐ型層を含む窒化ガリウム系化合物半導体多重
層を形成する工程と、前記半導体多重層は、前記両側壁
面に沿って配設された両側部分と、前記両側部分の間に
位置し且つ前記両側部分と一体的に形成された中央部分
とを有することと、前記第１面の逆側の前記サファイア基板の第２面から研
磨し、前記溝が前記サファイア基板を貫通するまで前記
サファイア基板を薄くする工程と、前記デバイスの上下に位置するように、前記半導体多重
層の上下面に夫々第１及び第２電極を接続する工程と、
を具備することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導
体発光デバイスの製造方法。
【請求項８】前記サファイア基板を研磨した後、前記
サフ本ァィア基板をマスクとして、前記サファイア基板
の前記第２面側から前記バッファ層の少なくとも一部を
除去する工程を具備することを特徴とする請求項７に記
載の窒化ガリウム系化合物半導体発光デバイスの製造方
法。
【請求項９】前記溝の周囲に位置するように、前記サ
ファイア基板の前記第１面にスリットを形成する工程
と、前記スリットにより前記サファイア基板をへき開し
て前記デバイスを切出す工程とを具備することを特徴と
する請求項７に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光
デバイスの製造方法。
【請求項１０】前記半導体多重層を形成した後で且つ
前記サファイア基板を研磨する前に、前記溝を覆うよう
に、前記サファイア基板に対して支持基板を貼り合わせ
る工程を具備することを特徴とする請求項７に記載の窒
化ガリウム系化合物半導体発光デバイスの製造方法。
【請求項１１】サファイア基板にコンタクトホールを
形成する工程と、前記コンタクトホールを含む前記サファイア基板に、窒
化ガリウム系化合物半導体と格子定数が近い第１の材料
からなる第１層を貼り合わせる工程と、前記コンタクトホールを含む前記サファイア基板に、窒
化ガリウム系化合物半導体と格子定数が近く且つ前記第
１の材料に対して選択的にエッチングが可能な第２の材
料からなる埋込み層を形成する工程と、前記第２材料に対する前記第１の材料の選択エッチング
により前記第１層を前記サファイア基板上から除去する
工程と、前記埋込み層及び前記サファイア基板上に、ｎ型層及び
ｐ型層を含む窒化ガリウム系化合物半導体多重層を形成
する工程と、前記デバイスの上下に位置するように、前記半導体多重
層の上下面に夫々第１及び第２電極を接続する工程とと
を具備し、前記第２電極は前記コンタクトホールを介し
て前記半導体多重層と接続されることを特徴とする窒化
ガリウム系化合物半導体発光デバイスの製造方法。
【請求項１２】サファイア基板に輻が１０μｍ以下の
コンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホールを含む前記サファイア基板上に、
ｎ型層及びｐ型層を含む窒化ガリウム系化合物半導体多
重層を形成する工程と、前記デバイスの上下に位置するように、前記半導体多重
層の上下面に夫々第１及び第２電極を接続する工程とを
具備し、前記第２電極は前記コンタクトホールを介して
前記半導体多重層と接続されることを特徴とする窒化ガ
リウム系化合物半導体発光デバイスの製造方法。