JP2000200946A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒化物系化合物半導体レーザにおける導波路
構造を精度よく製造する。 【解決手段】 半導体装置が、基板と、前記基板の上に
形成された積層構造と、前記積層構造の上に形成された
ＩＩＩ族窒化物からなる第１導電型のエッチング停止層
と、エッチング停止層の上に形成された前記エッチング
停止層よりもＡｌ組成比の小さいＩＩＩ族窒化物からな
る第２導電型の第１半導体層とを備える。
構造を精度よく製造する。 【解決手段】 半導体装置が、基板と、前記基板の上に
形成された積層構造と、前記積層構造の上に形成された
ＩＩＩ族窒化物からなる第１導電型のエッチング停止層
と、エッチング停止層の上に形成された前記エッチング
停止層よりもＡｌ組成比の小さいＩＩＩ族窒化物からな
る第２導電型の第１半導体層とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化物半導体を用い
た半導体装置およびその製造方法であって、特に波長４
００ｎｍ前後の青紫色半導体レーザに関するものであ
る。
た半導体装置およびその製造方法であって、特に波長４
００ｎｍ前後の青紫色半導体レーザに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニ
ウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）およびそれ
らの混晶よりなる窒化物系化合物半導体は、１．９〜
６．２ｅＶにおよぶ広範なバンドギャップエネルギーを
有し、可視域から紫外域までをカバーする発光・受光デ
バイス用半導体材料として有望である。とりわけ、この
料により実現される発振波長が４００ｎｍ付近の半導体
レーザは、次世代の超高密度光ディスク用の光源として
極めて有力な候補であり、世界中でその研究開発が盛ん
に進められている。
ウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）およびそれ
らの混晶よりなる窒化物系化合物半導体は、１．９〜
６．２ｅＶにおよぶ広範なバンドギャップエネルギーを
有し、可視域から紫外域までをカバーする発光・受光デ
バイス用半導体材料として有望である。とりわけ、この
料により実現される発振波長が４００ｎｍ付近の半導体
レーザは、次世代の超高密度光ディスク用の光源として
極めて有力な候補であり、世界中でその研究開発が盛ん
に進められている。
【０００３】半導体レーザを光ディスク用の光源として
実用化する際、半導体レーザを構成する複数の半導体層
の層厚、および埋込構造等の単一横モード発振を実現す
る導波路構造を制御することが非常に重要となる。とり
わけ窒化物系化合物半導体を用いた半導体レーザの場
合、エッチング技術を用い、導波路構造を制御性良く製
造することが重要である。
実用化する際、半導体レーザを構成する複数の半導体層
の層厚、および埋込構造等の単一横モード発振を実現す
る導波路構造を制御することが非常に重要となる。とり
わけ窒化物系化合物半導体を用いた半導体レーザの場
合、エッチング技術を用い、導波路構造を制御性良く製
造することが重要である。
【０００４】従来より、窒化物系化合物半導体に関する
エッチング技術として次に示すいくつかのものが知られ
ている。
エッチング技術として次に示すいくつかのものが知られ
ている。
【０００５】まず、塩化ホウ素（ＢＣｌ3）および窒素
（Ｎ2）をエッチングガスとして用いたドライエッチン
グ技術が知られている（Ｆ． Ｒｅｎ ｅｔ ａｌ．，
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａ
ｔｅｒｉａｌｓ， Ｖｏｌ．２６， Ｎｏ． １１，
１９９７， ｐｐ． １２８７−１２９１）。
（Ｎ2）をエッチングガスとして用いたドライエッチン
グ技術が知られている（Ｆ． Ｒｅｎ ｅｔ ａｌ．，
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａ
ｔｅｒｉａｌｓ， Ｖｏｌ．２６， Ｎｏ． １１，
１９９７， ｐｐ． １２８７−１２９１）。
【０００６】次に、キャリアが添加された窒化物系化合
物半導体を水酸化カリウムや燐酸の水溶液に浸し、窒化
物系化合物半導体のバンドギャップよりも大きなエネル
ギーを持った光を照射して、それによる光化学反応を用
いて窒化物系化合物半導体をエッチングする技術、いわ
ゆるウェットエッチング技術が知られている（特開平９
−２３２６８１号公報、Ｃ． Ｙｏｕｔｓｅｙ ｅｔ
ａｌ．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ， Ｖｏｌ． ７２， Ｎｏ ５， １９９８，
ｐｐ． ５６０−５６２、Ｌ．−Ｈ． Ｐｅｎｇ ｅ
ｔ ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ， Ｖｏｌ． ７２， Ｎｏ８， １９９８，
ｐｐ ． ９３９−９４１）。
物半導体を水酸化カリウムや燐酸の水溶液に浸し、窒化
物系化合物半導体のバンドギャップよりも大きなエネル
ギーを持った光を照射して、それによる光化学反応を用
いて窒化物系化合物半導体をエッチングする技術、いわ
ゆるウェットエッチング技術が知られている（特開平９
−２３２６８１号公報、Ｃ． Ｙｏｕｔｓｅｙ ｅｔ
ａｌ．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ， Ｖｏｌ． ７２， Ｎｏ ５， １９９８，
ｐｐ． ５６０−５６２、Ｌ．−Ｈ． Ｐｅｎｇ ｅ
ｔ ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ， Ｖｏｌ． ７２， Ｎｏ８， １９９８，
ｐｐ ． ９３９−９４１）。
【０００７】これらのエッチング技術を用いて製造され
る、単一横モード発振可能な窒化物系化合物半導体レー
ザは例えば特開平６−１９８０１号公報等に開示されて
おり、それについて図５を用いて説明する。
る、単一横モード発振可能な窒化物系化合物半導体レー
ザは例えば特開平６−１９８０１号公報等に開示されて
おり、それについて図５を用いて説明する。
【０００８】この窒化物系化合物半導体レーザは、図５
の断面図に示すように、基板１の上にアンドープＧａＮ
よりなるバッファ層２、ｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタ
クト層３、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるｎ型クラッド
層４、ｎ型ＧａＮよりなるｎ型光ガイド層５、Ｉｎ0.15
Ｇａ0.85Ｎよりなる井戸層とＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎよりな
るバリア層とを交互に形成し、多重量子井戸層とした活
性層６、ｐ型ＧａＮよりなるｐ型光ガイド層７、ｐ型Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる第１のｐ型クラッド層８とが順
次形成され、さらにその上に導波路構造を示す溝構造９
が形成され、溝構造９の上にｐ型ＧａＮよりなるｐ型コ
ンタクト層１０が形成された構造を有している。
の断面図に示すように、基板１の上にアンドープＧａＮ
よりなるバッファ層２、ｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタ
クト層３、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるｎ型クラッド
層４、ｎ型ＧａＮよりなるｎ型光ガイド層５、Ｉｎ0.15
Ｇａ0.85Ｎよりなる井戸層とＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎよりな
るバリア層とを交互に形成し、多重量子井戸層とした活
性層６、ｐ型ＧａＮよりなるｐ型光ガイド層７、ｐ型Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる第１のｐ型クラッド層８とが順
次形成され、さらにその上に導波路構造を示す溝構造９
が形成され、溝構造９の上にｐ型ＧａＮよりなるｐ型コ
ンタクト層１０が形成された構造を有している。
【０００９】そして、溝構造９はストライプ状の溝が形
成されたｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるｎ型電流阻止層
１２と、その上にｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる第２
のｐ型クラッド層１１とが形成された構造を有してい
る。
成されたｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるｎ型電流阻止層
１２と、その上にｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる第２
のｐ型クラッド層１１とが形成された構造を有してい
る。
【００１０】ｎ型コンタクト層３の表面の一部が露出さ
れ、その上にｎ型電極１３が形成されている。また、ｐ
型コンタクト層１０の上にｐ型電極１４が形成されてい
る。
れ、その上にｎ型電極１３が形成されている。また、ｐ
型コンタクト層１０の上にｐ型電極１４が形成されてい
る。
【００１１】次に、重要な溝構造９の製造方法につい
て、図６を用いて説明する。
て、図６を用いて説明する。
【００１２】まず、基板１の上に第１のｐ型クラッド層
８までを形成し、第１のｐ型クラッド層８の上にｎ型電
流阻止層１２を形成する。その上に所定の幅のストライ
プ状の開口を持ったマスク１５を付ける（図６
（ａ））。
８までを形成し、第１のｐ型クラッド層８の上にｎ型電
流阻止層１２を形成する。その上に所定の幅のストライ
プ状の開口を持ったマスク１５を付ける（図６
（ａ））。
【００１３】次にエッチングによりマスク１５の開口部
分に対応するｎ型電流阻止層１２を除去する（図６
（ｂ））。その後、マスク１５を除去し、除去したｎ型
電流阻止層１２の溝部分およびｎ型電流阻止層１２の表
面に第２のｐ型クラッド層１１を形成する（図６
（ｃ））。
分に対応するｎ型電流阻止層１２を除去する（図６
（ｂ））。その後、マスク１５を除去し、除去したｎ型
電流阻止層１２の溝部分およびｎ型電流阻止層１２の表
面に第２のｐ型クラッド層１１を形成する（図６
（ｃ））。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術につい
て、以下に示す問題があった。
て、以下に示す問題があった。
【００１５】単一横モード発振を可能にする窒化物系化
合物半導体レーザを歩留まりよく製造するには、溝構造
９の形状や膜厚を制御することが非常に重要になる。そ
のためにはエッチングによりマスク１５の開口部分に対
応するｎ型電流阻止層１２を除去するときにエッチング
の深さを精度良く、かつ均一に制御する必要がある。
合物半導体レーザを歩留まりよく製造するには、溝構造
９の形状や膜厚を制御することが非常に重要になる。そ
のためにはエッチングによりマスク１５の開口部分に対
応するｎ型電流阻止層１２を除去するときにエッチング
の深さを精度良く、かつ均一に制御する必要がある。
【００１６】従来のウェットエッチング技術に関して
は、エッチング停止層を用いてエッチングをエッチング
停止層で停止させる技術が上記文献に記載されていた。
しかし、この場合、エッチングすべき層とエッチング停
止層の形成はキャリア密度を変えることによりできる
が、エッチングすべき層とエッチング停止層のキャリア
密度を精度良く、かつ均一に制御することは困難であっ
た。そのためにエッチングすべき層とエッチング停止層
との間のエッチング選択比がばらつき、エッチングすべ
き層またはエッチング停止層内でエッチングむらが生じ
るといった問題が生じていた。
は、エッチング停止層を用いてエッチングをエッチング
停止層で停止させる技術が上記文献に記載されていた。
しかし、この場合、エッチングすべき層とエッチング停
止層の形成はキャリア密度を変えることによりできる
が、エッチングすべき層とエッチング停止層のキャリア
密度を精度良く、かつ均一に制御することは困難であっ
た。そのためにエッチングすべき層とエッチング停止層
との間のエッチング選択比がばらつき、エッチングすべ
き層またはエッチング停止層内でエッチングむらが生じ
るといった問題が生じていた。
【００１７】一方で、従来のドライエッチング技術に関
しては、窒化物系化合物半導体に対するエッチング選択
性が不明であるために、エッチング停止層を設けること
は考えられていなかった。さらに、一般にｎ型電流阻止
層１２とその下層の第１のクラッド層の組成が同じか近
いため、エッチングがｎ型電流阻止層１２で停止せずに
第１のクラッド層８にまで進行していた。従って、ｎ型
電流阻止層１２を除去する工程において、エッチングの
深さを精度良く、かつ均一に制御することは困難であっ
た。
しては、窒化物系化合物半導体に対するエッチング選択
性が不明であるために、エッチング停止層を設けること
は考えられていなかった。さらに、一般にｎ型電流阻止
層１２とその下層の第１のクラッド層の組成が同じか近
いため、エッチングがｎ型電流阻止層１２で停止せずに
第１のクラッド層８にまで進行していた。従って、ｎ型
電流阻止層１２を除去する工程において、エッチングの
深さを精度良く、かつ均一に制御することは困難であっ
た。
【００１８】そのため、単一横モード発振を可能にする
窒化物系化合物半導体レーザを歩留まりよく製造するこ
とは困難であった。
窒化物系化合物半導体レーザを歩留まりよく製造するこ
とは困難であった。
【００１９】本発明は、上記従来の問題を解決するため
のものであり、窒化物系化合物半導体に対するドライエ
ッチングのエッチング選択性を利用して精度の高い導波
路構造を制御よく製造し、それにより単一横モード発振
を可能にする窒化物系化合物半導体レーザを良好な歩留
まりで製造することを目的とする。
のものであり、窒化物系化合物半導体に対するドライエ
ッチングのエッチング選択性を利用して精度の高い導波
路構造を制御よく製造し、それにより単一横モード発振
を可能にする窒化物系化合物半導体レーザを良好な歩留
まりで製造することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の半導体装置は、基板と、前記基板の上に形成
された積層構造と、前記積層構造の上に形成されたＩＩ
Ｉ族窒化物からなる第１導電型のエッチング停止層と、
前記エッチング停止層の上に形成された、前記エッチン
グ停止層よりもＡｌ組成比の小さいＩＩＩ族窒化物から
なる第２導電型の第１半導体層とを備えるものである。
に本発明の半導体装置は、基板と、前記基板の上に形成
された積層構造と、前記積層構造の上に形成されたＩＩ
Ｉ族窒化物からなる第１導電型のエッチング停止層と、
前記エッチング停止層の上に形成された、前記エッチン
グ停止層よりもＡｌ組成比の小さいＩＩＩ族窒化物から
なる第２導電型の第１半導体層とを備えるものである。
【００２１】この構成により、第１半導体層よりもＡｌ
組成が大きいエッチング停止層を第１半導体層の下に形
成しているので、第１半導体層のエッチングをエッチン
グ停止層においてほぼ停止させることができる。
組成が大きいエッチング停止層を第１半導体層の下に形
成しているので、第１半導体層のエッチングをエッチン
グ停止層においてほぼ停止させることができる。
【００２２】本発明の半導体装置において、前記積層構
造が、前記エッチング停止層よりもＡｌ組成比の小さい
ＩＩＩ族窒化物からなる第２半導体層を含んでもよい。
造が、前記エッチング停止層よりもＡｌ組成比の小さい
ＩＩＩ族窒化物からなる第２半導体層を含んでもよい。
【００２３】この構成により、エッチング停止層の屈折
率よりも積層構造における第２半導体層の屈折率を大き
くすることができる。
率よりも積層構造における第２半導体層の屈折率を大き
くすることができる。
【００２４】本発明の半導体装置において、前記積層構
造が活性層を含んでもよい。
造が活性層を含んでもよい。
【００２５】この構成により、精度の高い導波路構造を
有する半導体装置を得ることができる。
有する半導体装置を得ることができる。
【００２６】本発明の半導体装置において、前記第１半
導体層は電流を通さない層であり、前記半導体層には＜
１，１，−２，０＞方向に沿って前記エッチング停止層
に達する溝が形成されてもよい。
導体層は電流を通さない層であり、前記半導体層には＜
１，１，−２，０＞方向に沿って前記エッチング停止層
に達する溝が形成されてもよい。
【００２７】この構成により、第１半導体層を電流阻止
層として用いることができ、さらに、形成された溝の斜
面を良好な結晶成長面にすることができる。
層として用いることができ、さらに、形成された溝の斜
面を良好な結晶成長面にすることができる。
【００２８】本発明の半導体装置において、前記第２導
電型は、前記第１導電型と異なる導電型であってもよ
い。
電型は、前記第１導電型と異なる導電型であってもよ
い。
【００２９】上記課題を解決するために本発明の半導体
装置の製造方法は、基板の上に積層構造を形成する工程
と、前記積層構造の上に、ＩＩＩ族窒化物からなる第１
導電型のエッチング停止層を形成する工程と、前記エッ
チング停止層の上に前記エッチング停止層よりもＡｌ組
成比の小さいＩＩＩ族窒化物からなる第２導電型の第１
半導体層を形成する工程と、気相エッチングにより前記
第１半導体層の少なくとも一部を選択的に除去する工程
とを有するものである。
装置の製造方法は、基板の上に積層構造を形成する工程
と、前記積層構造の上に、ＩＩＩ族窒化物からなる第１
導電型のエッチング停止層を形成する工程と、前記エッ
チング停止層の上に前記エッチング停止層よりもＡｌ組
成比の小さいＩＩＩ族窒化物からなる第２導電型の第１
半導体層を形成する工程と、気相エッチングにより前記
第１半導体層の少なくとも一部を選択的に除去する工程
とを有するものである。
【００３０】この製造方法により、エッチング停止層と
第１半導体層との間にＡｌ組成比の違いによるエッチン
グ選択性が生じるため、第１半導体層のエッチングを精
度良く、かつ均一に制御することができる。
第１半導体層との間にＡｌ組成比の違いによるエッチン
グ選択性が生じるため、第１半導体層のエッチングを精
度良く、かつ均一に制御することができる。
【００３１】本発明の半導体装置の製造方法において、
前記気相エッチングが塩化ホウ素と窒素とを含む混合ガ
スを用いて実施されてもよい。
前記気相エッチングが塩化ホウ素と窒素とを含む混合ガ
スを用いて実施されてもよい。
【００３２】この製造方法により、ドライエッチングの
際、塩化ホウ素と窒素との混合ガスを用いているので、
エッチングの均一性をさらに向上させることができる。
際、塩化ホウ素と窒素との混合ガスを用いているので、
エッチングの均一性をさらに向上させることができる。
【００３３】本発明の半導体装置の製造方法において、
前記気相エッチングにより、前記第１半導体層の＜１，
１，−２，０＞方向に沿って溝が形成されてもよい。
前記気相エッチングにより、前記第１半導体層の＜１，
１，−２，０＞方向に沿って溝が形成されてもよい。
【００３４】この製造方法により、第１半導体層におけ
る＜１，１，−２，０＞方向に沿った溝の斜面を良好な
結晶成長面にすることができる。
る＜１，１，−２，０＞方向に沿った溝の斜面を良好な
結晶成長面にすることができる。
【００３５】本発明の半導体装置の製造方法において、
前記第２導電型は、前記第１導電型と異なる導電型であ
ってもよい。
前記第２導電型は、前記第１導電型と異なる導電型であ
ってもよい。
【００３６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。
て、図面を参照しながら説明する。
【００３７】本発明の実施の形態における半導体発光装
置は、図１にその断面図を示すように、例えばサファイ
アからなる、（０，０，０，１）面を主面とする基板１
の上に厚さ３００ÅのアンドープＧａＮよりなるバッフ
ァ層２、厚さ２μｍのｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタク
ト層３、厚さ１μｍのｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるｎ
型クラッド層４、厚さ４００Åのｎ型ＧａＮよりなるｎ
型光ガイド層５、Ｉｎ 0.15Ｇａ0.85Ｎよりなる厚さ３０
Åの井戸層とＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎよりなる厚さ５０Åの
バリア層とを交互に３対形成し、３重量子井戸層とした
活性層６、厚さ４００Åのｐ型ＧａＮよりなるｐ型光ガ
イド層７、厚さ０．１μｍのｐ型Ａｌ0. 1Ｇａ0.9Ｎより
なる第１のｐ型クラッド層８が順次形成され、さらにそ
の上に溝構造１６が形成され、溝構造１６の上に厚さ１
μｍのｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１０が形成
された構造である。さらに、ｎ型コンタクト層３の表面
の一部が露出され、その上にそれぞれの厚さが０．１μ
ｍのチタンと金とを順次成膜したｎ型電極１３が形成さ
れ、ｐ型コンタクト層１０の上にそれぞれの厚さが０．
１μｍのニッケルと金とを順次成膜したｐ型電極１４が
形成される。
置は、図１にその断面図を示すように、例えばサファイ
アからなる、（０，０，０，１）面を主面とする基板１
の上に厚さ３００ÅのアンドープＧａＮよりなるバッフ
ァ層２、厚さ２μｍのｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタク
ト層３、厚さ１μｍのｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるｎ
型クラッド層４、厚さ４００Åのｎ型ＧａＮよりなるｎ
型光ガイド層５、Ｉｎ 0.15Ｇａ0.85Ｎよりなる厚さ３０
Åの井戸層とＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎよりなる厚さ５０Åの
バリア層とを交互に３対形成し、３重量子井戸層とした
活性層６、厚さ４００Åのｐ型ＧａＮよりなるｐ型光ガ
イド層７、厚さ０．１μｍのｐ型Ａｌ0. 1Ｇａ0.9Ｎより
なる第１のｐ型クラッド層８が順次形成され、さらにそ
の上に溝構造１６が形成され、溝構造１６の上に厚さ１
μｍのｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１０が形成
された構造である。さらに、ｎ型コンタクト層３の表面
の一部が露出され、その上にそれぞれの厚さが０．１μ
ｍのチタンと金とを順次成膜したｎ型電極１３が形成さ
れ、ｐ型コンタクト層１０の上にそれぞれの厚さが０．
１μｍのニッケルと金とを順次成膜したｐ型電極１４が
形成される。
【００３８】ここで溝構造１６は、厚さ５００Åのｐ型
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるエッチング停止層１７、スト
ライプ状に溝部が形成された厚さが０．４μｍのｎ型Ａ
ｌ0. 1Ｇａ0.9Ｎよりなるｎ型電流阻止層１２、溝部を含
むｎ型電流阻止層１２の上に厚さが１．４μｍのｐ型Ａ
ｌ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる第２のｐ型クラッド層１１と
が順次形成された構造を有している。この溝構造１６に
おいては、溝の方向を＜１，１，−２，０＞方向として
おり、溝の幅は溝の上端間において４μｍである。ここ
で、溝の方向を＜１，１，−２，０＞方向とすること
で、溝の斜面を良好な結晶成長面にすることができる。
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるエッチング停止層１７、スト
ライプ状に溝部が形成された厚さが０．４μｍのｎ型Ａ
ｌ0. 1Ｇａ0.9Ｎよりなるｎ型電流阻止層１２、溝部を含
むｎ型電流阻止層１２の上に厚さが１．４μｍのｐ型Ａ
ｌ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる第２のｐ型クラッド層１１と
が順次形成された構造を有している。この溝構造１６に
おいては、溝の方向を＜１，１，−２，０＞方向として
おり、溝の幅は溝の上端間において４μｍである。ここ
で、溝の方向を＜１，１，−２，０＞方向とすること
で、溝の斜面を良好な結晶成長面にすることができる。
【００３９】ｎ型コンタクト層３、ｎ型クラッド層４、
ｎ型光ガイド層５およびｎ型電流阻止層１２には珪素
（Ｓｉ）が添加され、それぞれのキャリア密度は５×１
０18ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3、５×１０17ｃｍ-3およ
び１×１０18ｃｍ-3である。また、ｐ型光ガイド層７、
第１のｐ型クラッド層８、エッチング停止層１７、第２
のｐ型クラッド層１１およびｐ型コンタクト層１０には
マグネシウム（Ｍｇ）が添加され、それぞれのキャリア
密度は５×１０17ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3、１×１０
18ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3および５×１０18ｃｍ-3で
ある。
ｎ型光ガイド層５およびｎ型電流阻止層１２には珪素
（Ｓｉ）が添加され、それぞれのキャリア密度は５×１
０18ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3、５×１０17ｃｍ-3およ
び１×１０18ｃｍ-3である。また、ｐ型光ガイド層７、
第１のｐ型クラッド層８、エッチング停止層１７、第２
のｐ型クラッド層１１およびｐ型コンタクト層１０には
マグネシウム（Ｍｇ）が添加され、それぞれのキャリア
密度は５×１０17ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3、１×１０
18ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3および５×１０18ｃｍ-3で
ある。
【００４０】また、＜１，１，−２，０＞方向に垂直な
面を共振器端面（図示せず）としている。
面を共振器端面（図示せず）としている。
【００４１】上記構成からわかるように、ｎ型電流阻止
層１２よりもＡｌ組成比が大きいエッチング停止層１７
をｎ型電流阻止層１２の直下に形成しているので、ｎ型
電流阻止層１２のエッチングをエッチング停止層１７に
おいて阻止することができる。従って、ｎ型電流阻止層
１２のエッチング深さを精度良く、かつ均一に制御する
ことができ、従来よりも精度の高い導波路構造を得るこ
とができる。
層１２よりもＡｌ組成比が大きいエッチング停止層１７
をｎ型電流阻止層１２の直下に形成しているので、ｎ型
電流阻止層１２のエッチングをエッチング停止層１７に
おいて阻止することができる。従って、ｎ型電流阻止層
１２のエッチング深さを精度良く、かつ均一に制御する
ことができ、従来よりも精度の高い導波路構造を得るこ
とができる。
【００４２】また、エッチング停止層１７の直下には、
エッチング停止層１７よりもＡｌ組成比の小さな第１の
ｐ型クラッド層８が形成されている。Ａｌ組成比が低い
ほど、屈折率が大きくなることから、この構造において
光の閉じこめが良好に行われる。
エッチング停止層１７よりもＡｌ組成比の小さな第１の
ｐ型クラッド層８が形成されている。Ａｌ組成比が低い
ほど、屈折率が大きくなることから、この構造において
光の閉じこめが良好に行われる。
【００４３】次に、本発明の実施の形態における半導体
発光装置の製造方法を、図２を用いて説明する。
発光装置の製造方法を、図２を用いて説明する。
【００４４】まず、サファイアからなる基板１を洗浄し
て有機金属気相エピタキシャル成長（以下ＭＯＣＶＤと
いう）装置内に投入し、基板１をアンモニア（ＮＨ3）
雰囲気中にて１１００℃に過熱し、基板１の表面に吸着
している不純物等を除去する。
て有機金属気相エピタキシャル成長（以下ＭＯＣＶＤと
いう）装置内に投入し、基板１をアンモニア（ＮＨ3）
雰囲気中にて１１００℃に過熱し、基板１の表面に吸着
している不純物等を除去する。
【００４５】次に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ト
リメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウ
ム（ＴＭＩ）、アンモニア、シラン（ＳｉＨ4）および
シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用
い、水素（Ｈ2）または窒素（Ｎ2）をキャリアガスと
し、全圧を７６０ＴｏｒｒとしたＭＯＣＶＤ法により上
記したバッファ層２、ｎ型コンタクト層３、ｎ型クラッ
ド層４、ｎ型光ガイド層５、活性層６、ｐ型光ガイド層
７、第１のｐ型クラッド層８、エッチング停止層１７お
よびｎ型電流阻止層１２を順次形成する。図２（ａ）に
示すような、基板１の上に上記の各層が形成された構造
を基板構造と呼ぶ。各層の結晶成長温度は、バッファ層
２については６００℃、ｎ型コンタクト層３、ｎ型クラ
ッド層４およびｎ型光ガイド層５については１０５０
℃、活性層６については８００℃、ｐ型光ガイド層７、
第１のｐ型クラッド層８、エッチング停止層１７および
ｎ型電流阻止層１２については１０５０℃である。ま
た、活性層６の成膜の際には窒素をキャリアガスとして
用い、その他の層については水素をキャリアガスとして
用いる。
リメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウ
ム（ＴＭＩ）、アンモニア、シラン（ＳｉＨ4）および
シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用
い、水素（Ｈ2）または窒素（Ｎ2）をキャリアガスと
し、全圧を７６０ＴｏｒｒとしたＭＯＣＶＤ法により上
記したバッファ層２、ｎ型コンタクト層３、ｎ型クラッ
ド層４、ｎ型光ガイド層５、活性層６、ｐ型光ガイド層
７、第１のｐ型クラッド層８、エッチング停止層１７お
よびｎ型電流阻止層１２を順次形成する。図２（ａ）に
示すような、基板１の上に上記の各層が形成された構造
を基板構造と呼ぶ。各層の結晶成長温度は、バッファ層
２については６００℃、ｎ型コンタクト層３、ｎ型クラ
ッド層４およびｎ型光ガイド層５については１０５０
℃、活性層６については８００℃、ｐ型光ガイド層７、
第１のｐ型クラッド層８、エッチング停止層１７および
ｎ型電流阻止層１２については１０５０℃である。ま
た、活性層６の成膜の際には窒素をキャリアガスとして
用い、その他の層については水素をキャリアガスとして
用いる。
【００４６】その後、基板の温度を室温まで戻してＭＯ
ＣＶＤ装置より取り出す。
ＣＶＤ装置より取り出す。
【００４７】次に、電流阻止層の表面に厚さが１μｍの
ニッケル（Ｎｉ）を蒸着し、その後写真食刻法により、
幅４μｍのストライプ状の開口を有するＮｉよりなるマ
スク１８をｎ型電流阻止層１２の上に形成し、ドライエ
ッチング装置内に基板構造を投入する。
ニッケル（Ｎｉ）を蒸着し、その後写真食刻法により、
幅４μｍのストライプ状の開口を有するＮｉよりなるマ
スク１８をｎ型電流阻止層１２の上に形成し、ドライエ
ッチング装置内に基板構造を投入する。
【００４８】そして反応性イオンエッチング（以下ＲＩ
Ｅという）法により、１０ｓｃｃｍのＢＣｌ3および５
ｓｃｃｍの窒素を供給し、ドライエッチング装置内の圧
力を２０ｍＴｏｒｒ、ＲＦ出力を１５０Ｗとした条件の
下でエッチングを行い、マスク１８の開口部分にあるｎ
型電流阻止層１２を除去し、エッチング停止層１７を露
出させる（図２（ｂ））。
Ｅという）法により、１０ｓｃｃｍのＢＣｌ3および５
ｓｃｃｍの窒素を供給し、ドライエッチング装置内の圧
力を２０ｍＴｏｒｒ、ＲＦ出力を１５０Ｗとした条件の
下でエッチングを行い、マスク１８の開口部分にあるｎ
型電流阻止層１２を除去し、エッチング停止層１７を露
出させる（図２（ｂ））。
【００４９】その後、ドライエッチング装置から基板構
造を取り出した後、塩酸によりマスク１８を除去し、基
板構造を洗浄する。
造を取り出した後、塩酸によりマスク１８を除去し、基
板構造を洗浄する。
【００５０】しかる後、基板構造を再びＭＯＣＶＤ装置
内に搬入し、ｎ型電流阻止層１２およびエッチング停止
層１７の上に第２のｐ型クラッド層１１を、さらにその
上にｐ型コンタクト層１０をＭＯＣＶＤ法により形成す
る（図２（ｃ））。
内に搬入し、ｎ型電流阻止層１２およびエッチング停止
層１７の上に第２のｐ型クラッド層１１を、さらにその
上にｐ型コンタクト層１０をＭＯＣＶＤ法により形成す
る（図２（ｃ））。
【００５１】さらに、基板をＭＯＣＶＤ装置より取り出
し、図１に示すように再びドライエッチング装置内に搬
入してｐ型コンタクト層１０の主面の一部をｎ型コンタ
クト層３の領域までドライエッチングにより除去し、ｎ
型コンタクト層３の表面の一部を露出させる。そしてｐ
型コンタクト層１０の上にニッケルと金とを順次蒸着し
てｐ型電極１４を形成し、ｎ型コンタクト層３の露出し
た表面にチタンと金とを順次蒸着してｎ型電極１３を形
成する。
し、図１に示すように再びドライエッチング装置内に搬
入してｐ型コンタクト層１０の主面の一部をｎ型コンタ
クト層３の領域までドライエッチングにより除去し、ｎ
型コンタクト層３の表面の一部を露出させる。そしてｐ
型コンタクト層１０の上にニッケルと金とを順次蒸着し
てｐ型電極１４を形成し、ｎ型コンタクト層３の露出し
た表面にチタンと金とを順次蒸着してｎ型電極１３を形
成する。
【００５２】最後に基板構造を劈開して共振器端面を製
造し、半導体発光装置を完成させる。
造し、半導体発光装置を完成させる。
【００５３】この製造方法によれば、Ａｌ組成比の大き
いエッチング停止層１７をｎ型電流阻止層１２の直下に
形成しているので、ドライエッチングによるエッチング
選択性が生じ、ｎ型電流阻止層１２とエッチング停止層
１７との界面においてエッチングをほぼ停止させること
ができる。このようにＡｌ組成比の違いを利用したエッ
チング選択性によりｎ型電流阻止層１２のエッチングを
精度良く、かつ均一に制御することができる。その結
果、従来よりも精度の高い導波路構造を制御よく製造
し、それにより単一横モード発振を可能にする窒化物系
化合物半導体レーザを歩留まりよく製造することができ
る。
いエッチング停止層１７をｎ型電流阻止層１２の直下に
形成しているので、ドライエッチングによるエッチング
選択性が生じ、ｎ型電流阻止層１２とエッチング停止層
１７との界面においてエッチングをほぼ停止させること
ができる。このようにＡｌ組成比の違いを利用したエッ
チング選択性によりｎ型電流阻止層１２のエッチングを
精度良く、かつ均一に制御することができる。その結
果、従来よりも精度の高い導波路構造を制御よく製造
し、それにより単一横モード発振を可能にする窒化物系
化合物半導体レーザを歩留まりよく製造することができ
る。
【００５４】また、ドライエッチングの際、ＢＣｌ3と
窒素との混合ガスを用いてエッチングを行うので、エッ
チングの均一性はさらに向上する。
窒素との混合ガスを用いてエッチングを行うので、エッ
チングの均一性はさらに向上する。
【００５５】次に、本発明の半導体発光装置の製造方法
に関して、窒化物系化合物半導体のＡｌ組成比に対する
ドライエッチングのエッチング選択性について説明し、
エッチング停止層１７の効果を示す。
に関して、窒化物系化合物半導体のＡｌ組成比に対する
ドライエッチングのエッチング選択性について説明し、
エッチング停止層１７の効果を示す。
【００５６】まず、図３の断面図に示すような、サファ
イア基板１の上にバッファ層２、厚さ２μｍのアンドー
プＧａＮよりなる下地層１９、厚さ１μｍのアンドープ
Ａｌ xＧａ1-xＮよりなる混晶層２０を、ＭＯＣＶＤ法に
より順次形成した窒化物半導体装置を製造した。それを
ドライエッチング装置内に搬入し、１０ｓｃｃｍのＢＣ
ｌ3および５ｓｃｃｍの窒素を供給し、ドライエッチン
グ装置内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ、ＲＦ出力を１５０Ｗ
とした条件の下でＲＩＥ法を用いてドライエッチングを
行った。
イア基板１の上にバッファ層２、厚さ２μｍのアンドー
プＧａＮよりなる下地層１９、厚さ１μｍのアンドープ
Ａｌ xＧａ1-xＮよりなる混晶層２０を、ＭＯＣＶＤ法に
より順次形成した窒化物半導体装置を製造した。それを
ドライエッチング装置内に搬入し、１０ｓｃｃｍのＢＣ
ｌ3および５ｓｃｃｍの窒素を供給し、ドライエッチン
グ装置内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ、ＲＦ出力を１５０Ｗ
とした条件の下でＲＩＥ法を用いてドライエッチングを
行った。
【００５７】混晶層２０のＡｌ組成比ｘを変化させたと
きの混晶層２０のエッチング速度を調べた結果を図４に
示す。図４より、Ａｌ組成比ｘが大きくなるほどエッチ
ング速度が小さくなることがわかった。例えばｘ＝０．
１のときエッチング速度は４３０Å／分であったが、ｘ
＝０．２のときエッチング速度は３１０Å／分であっ
た。さらに、ｘ＝０．５の場合は、エッチング速度が０
Å／分となり、混晶層２０がほとんどエッチングされな
いことが分かった。
きの混晶層２０のエッチング速度を調べた結果を図４に
示す。図４より、Ａｌ組成比ｘが大きくなるほどエッチ
ング速度が小さくなることがわかった。例えばｘ＝０．
１のときエッチング速度は４３０Å／分であったが、ｘ
＝０．２のときエッチング速度は３１０Å／分であっ
た。さらに、ｘ＝０．５の場合は、エッチング速度が０
Å／分となり、混晶層２０がほとんどエッチングされな
いことが分かった。
【００５８】図４に示す結果から、例えば、Ａｌ組成比
が０．２のエッチング停止層１７の上にＡｌ組成比が
０．１のｎ型電流阻止層１２を形成した構造に対してエ
ッチングを行った場合、エッチング停止層１７とｎ型電
流阻止層１２との界面でエッチングをほぼ停止させる効
果があることがわかった。
が０．２のエッチング停止層１７の上にＡｌ組成比が
０．１のｎ型電流阻止層１２を形成した構造に対してエ
ッチングを行った場合、エッチング停止層１７とｎ型電
流阻止層１２との界面でエッチングをほぼ停止させる効
果があることがわかった。
【００５９】また、基板１にはサファイアを用いたが、
炭化珪素（ＳｉＣ）やＧａＮ等の、他の材料からなる基
板を用いてもよい。
炭化珪素（ＳｉＣ）やＧａＮ等の、他の材料からなる基
板を用いてもよい。
【００６０】本願では、エッチングにより凹形状の溝を
有するｎ型電流阻止層１２を形成したが、同様なエッチ
ング工程において異なるマスクを使用することでリッジ
形状の第２のＰ型クラッド層１１を形成し、その側面に
ｎ型電流阻止層１２を形成することもできる。
有するｎ型電流阻止層１２を形成したが、同様なエッチ
ング工程において異なるマスクを使用することでリッジ
形状の第２のＰ型クラッド層１１を形成し、その側面に
ｎ型電流阻止層１２を形成することもできる。
【００６１】以上のように、エッチング停止層の下に活
性層が形成された半導体発光装置を例として説明してき
た。しかし、エッチング停止層より下の積層構造を改変
することで、半導体発光装置以外の半導体装置（例え
ば、トランジスタ等）を作製することができることはも
ちろん、他の改変も為され得ることは当業者にとって明
らかである。
性層が形成された半導体発光装置を例として説明してき
た。しかし、エッチング停止層より下の積層構造を改変
することで、半導体発光装置以外の半導体装置（例え
ば、トランジスタ等）を作製することができることはも
ちろん、他の改変も為され得ることは当業者にとって明
らかである。
【００６２】
【発明の効果】本発明の半導体装置によれば、電流阻止
層の下に電流阻止層よりもＡｌ組成比の大きいエッチン
グ停止層を設けることで、ドライエッチングのエッチン
グ選択性が生じ、電流阻止層のエッチングをエッチング
停止層において停止することがる。それにより電流阻止
層のエッチング深さを精度良く、かつ均一に制御するこ
とができ、従来よりも精度の高い導波路構造を得ること
ができる。
層の下に電流阻止層よりもＡｌ組成比の大きいエッチン
グ停止層を設けることで、ドライエッチングのエッチン
グ選択性が生じ、電流阻止層のエッチングをエッチング
停止層において停止することがる。それにより電流阻止
層のエッチング深さを精度良く、かつ均一に制御するこ
とができ、従来よりも精度の高い導波路構造を得ること
ができる。
【００６３】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、窒化物半導体のＡｌ組成を層ごとに異ならせるこ
とでドライエッチングによるエッチング選択性が生じ、
それにより電流阻止層のエッチングを精度良く、かつ均
一に制御することができる。その結果、従来よりも精度
の高い導波路構造を制御よく製造することができ、それ
により単一横モード発振を可能にする窒化物系化合物半
導体レーザを歩留まりよく製造することができる。
れば、窒化物半導体のＡｌ組成を層ごとに異ならせるこ
とでドライエッチングによるエッチング選択性が生じ、
それにより電流阻止層のエッチングを精度良く、かつ均
一に制御することができる。その結果、従来よりも精度
の高い導波路構造を制御よく製造することができ、それ
により単一横モード発振を可能にする窒化物系化合物半
導体レーザを歩留まりよく製造することができる。
【図１】本発明の半導体発光装置の構造を示す断面図で
ある。
ある。
【図２】本発明の半導体発光装置の製造方法を示す工程
断面図である。
断面図である。
【図３】ＡｌxＧａ1-xＮのＡｌ組成比ｘのエッチング速
度を実験するために用いた窒化物半導体装置の構造を示
す断面図である。
度を実験するために用いた窒化物半導体装置の構造を示
す断面図である。
【図４】ＡｌxＧａ1-xＮよりなる混晶層のＡｌ組成比ｘ
とドライエッチングのエッチング速度との関係を示す図
である。
とドライエッチングのエッチング速度との関係を示す図
である。
【図５】従来の半導体発光装置の構造を示す断面図であ
る。
る。
【図６】従来の半導体発光装置の製造方法を示す工程断
面図である。
面図である。
１ 基板 ２ バッファ層 ３ ｎ型コンタクト層 ４ ｎ型クラッド層 ５ ｎ型光ガイド層 ６ 活性層 ７ ｐ型光ガイド層 ８ 第１のｐ型クラッド層 ９ 溝構造 １０ ｐ型コンタクト層 １１ 第２のｐ型クラッド層 １２ ｎ型電流阻止層 １６ 溝構造 １７ エッチング停止層 １８ マスク
Claims (9)
- 【請求項１】 基板と、前記基板の上に形成された積層
構造と、前記積層構造の上に形成されたＩＩＩ族窒化物
からなる第１導電型のエッチング停止層と、前記エッチ
ング停止層の上に形成された、前記エッチング停止層よ
りもＡｌ組成比の小さいＩＩＩ族窒化物からなる第２導
電型の第１半導体層とを備えた半導体装置。 - 【請求項２】 前記第２導電型は、前記第１導電型と異
なる導電型である、請求項１に記載の半導体装置。 - 【請求項３】 前記積層構造が、前記エッチング停止層
よりもＡｌ組成比の小さいＩＩＩ族窒化物からなる第２
半導体層を含む、請求項１に記載の半導体装置。 - 【請求項４】 前記積層構造が活性層を含む、請求項１
に記載の半導体装置。 - 【請求項５】 前記第１半導体層は電流を通さない層で
あり、前記第１半導体層には＜１，１，−２，０＞方向
に沿って前記エッチング停止層に達する溝が形成され
た、請求項１に記載の半導体装置。 - 【請求項６】 基板の上に積層構造を形成する工程と、
前記積層構造の上に、ＩＩＩ族窒化物からなる第１導電
型のエッチング停止層を形成する工程と、前記エッチン
グ停止層の上に前記エッチング停止層よりもＡｌ組成比
の小さいＩＩＩ族窒化物からなる第２導電型の第１半導
体層を形成する工程と、気相エッチングにより前記第１
半導体層の少なくとも一部を選択的に除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 前記第２導電型は、前記第１導電型と異
なる導電型である、請求項６に記載の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項８】 前記気相エッチングが塩化ホウ素と窒素
とを含む混合ガスを用いて実施される、請求項６に記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】 前記気相エッチングにより、前記第１半
導体層の＜１，１，−２，０＞方向に沿って溝が形成さ
れる、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30171299A JP2000200946A (ja) | 1998-10-26 | 1999-10-22 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30357598 | 1998-10-26 | ||
| JP10-303575 | 1998-10-26 | ||
| JP30171299A JP2000200946A (ja) | 1998-10-26 | 1999-10-22 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000200946A true JP2000200946A (ja) | 2000-07-18 |
Family
ID=17922661
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30171299A Pending JP2000200946A (ja) | 1998-10-26 | 1999-10-22 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6503769B2 (ja) |
| EP (1) | EP0997996B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000200946A (ja) |
| KR (1) | KR100653567B1 (ja) |
| DE (1) | DE69934075T2 (ja) |
| TW (1) | TW439336B (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002103813A1 (fr) * | 2001-06-15 | 2002-12-27 | Nichia Corporation | Element emetteur de lumiere a semi-conducteur au nitrure, et dispositif emetteur de lumiere utilisant cet element |
| JP3464991B2 (ja) | 2000-11-28 | 2003-11-10 | 松下電器産業株式会社 | 半導体レーザ発光装置の製造方法 |
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