JP2004288876A - 窒化物半導体素子の製造方法及び窒化物半導体素子 - Google Patents

Abstract

【課題】エッチングにより形成される端面を有する窒化物半導体素子のエッチング端面の形成を、制御しやすく、かつ、その加工面が、優れた平滑性を有するように形成することが実現可能な製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】半導体層上に第１のマスクを形成する工程と、第１のマスクから露出する半導体層をエッチングする工程を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、第１のマスクを形成する工程は、半導体層が露出するパターンを有する第１のマスクを形成する第１の工程と、その第１のマスクの表面を平滑にする第２の工程と、とを具備することを特徴とする。
【選択図】 図６

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層を有する発光ダイオード、レーザダイオード、ＦＥＴ等の半導体素子に、エッチングによる半導体層加工工程を有する窒化物半導体素子の製造方法に係り、特に、半導体層のエッチング端面の平滑性を向上させることが可能なマスクの形成方法に関するものである。窒化物半導体素子の具体的な組成としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、若しくはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＩｎＧａＮ系を含むＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体素子があげられる。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物半導体素子は、比較的短波長の紫外線領域から赤色を含む可視光領域までの広い波長領域の発光を有しており、半導体レーザダイオード（ＬＤ）や、発光ダイオード（ＬＥＤ）などを構成する材料として広く用いられている。近年は、小型化、長寿命化、高信頼性、かつ高出力化が進み、主としてパーソナルコンピュータ、ＤＶＤなどの電子機器、医療機器、加工機器や光ファイバ通信の光源などに利用されている。
【０００３】
このような窒化物半導体素子は、主としてサファイア基板上にバッファ層、ｎ型コンタクト層、クラック防止層、ｎ型クラッド層、ｎ型光ガイド層、活性層、ｐ型電子閉じ込め層、ｐ型光ガイド層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層などが順に積層された積層構造体からなっている。ＬＥＤでは、光ガイド層等は省略することができる。そして、このような積層構造体を所望の形状となるようにデバイス工程が施され、更に電極や保護膜などの機能膜が所望の位置に設けられている。
【０００４】
上記のような窒化物半導体素子は、デバイス加工の精度が重要であり、ウエハ内でのバラツキの少ない加工方法が望まれる。また、加工された面を発光面として用いる場合などは、その端面の特性が光学特性に大きな影響を与えるので、加工面（主として端面）の平滑性や、その角度等を制御することが重要である。特に、ＬＤの場合は、用いる基板によっては半導体層を劈開にすることで共振器面を形成させるのが必ずしも容易ではないため、エッチングにより共振器面を形成することが検討されている。
【０００５】
エッチング端面の平滑性を向上させるためには、半導体層をドライエッチングした後に、ウエットエッチングを行うという方法がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１９５８３８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように半導体層をドライエッチングした後にウエットエッチングを行うと、エッチング面を平滑化することは可能でも、等方性のエッチングであるため、その面の角度を所望の角度に精度よく制御しにくい。また、エッチングされる半導体層は単層ではなく複数の層が積層された積層構造体であり、その各層によって組成比等が異なるために、主として化学的反応によるエッチングであるウエットエッチングの場合、同一のエッチャントに対する各層のエッチングレートが一定ではない。そのため、横方向（積層方向）に凹凸を有する歪なエッチング端面が形成されやすい。更に位置精度や寸法精度も高いとは言えない。そのため、ウエハ内での加工が不均一となり、素子間のバラツキが大きくなりやすい。また、ウエットエッチングを行うことで、半導体層に与える負荷が大きく、寿命特性など素子特性を低下させる原因となりやすい。そこで、本発明は、エッチングにより形成される端面を有する窒化物半導体素子において、半導体層のエッチング端面の形成を、制御しやすく、かつ、その加工面が、優れた平滑性を有するように形成することが実現可能な製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明における窒化物半導体素子の製造方法は、半導体層上に第１のマスクを形成する工程と、該第１のマスクから露出する半導体層をエッチングする工程を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、第１のマスクを形成する工程は、半導体層が露出するパターンを形成する第１の工程と、その第１のマスクの表面を平滑にする第２の工程と、とを具備することを特徴とする。
【０００９】
半導体層の加工は、極めて微細な加工であるため、加工する領域の位置精度や、形状及び大きさ等の寸法精度が極めて重要である。更に、その加工されて露出された面が粗面であると、素子特性に悪影響を及ぼすなどの問題が生じやすいため、加工面の平滑性も重要である。本発明では、そのような特性が求められる半導体層を得るために、その半導体層を加工するためのマスクを寸法精度及び平滑性に優れた方法で形成させることで、半導体層の寸法精度と平滑性とを向上させるものである。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の窒化物半導体素子の製造方法は、第１の工程は、第１のマスク層上に、パターンを有する第２のマスクを形成する工程と、第２のマスクから露出する第１のマスク層を、第１のエッチャントを用いて半導体層が露出するまでドライエッチングする工程と、とを有することを特徴とする。
【００１１】
半導体層のエッチング面は、その面の荒れが微細であれば、後工程で補正（平滑化）を行うことが可能である。しかし、その半導体層のエッチング面が、設計からずれてしまった場合は、その後工程でエッチング位置を補正することは無理である。例えば、マスクの位置や寸法が設計からずれて形成され、そのずれたマスクを用いて半導体層をエッチングした場合などは、その後の工程で半導体層のエッチング面を設計位置に加工しなおすことは無理である。このような問題を回避するには、マスクのパターンを精度よく形成させることが重要である。本発明では、マスクのパターン形成である第１の工程を、寸法精度及び位置精度の高いドライエッチングで行うことで、精度よくマスクを形成させるものである。このような方法に用いられる第２のマスクは、レジスト材料など主として高分子材料等を用いるのが好ましい。
【００１２】
図１（ａ）〜（ｅ）に第１のマスクをパターニングする第１の工程を示す。尚、図中の波線は、後で素子を分割する位置を示すものである。基板上１０１上に、ｎ型窒化物半導体層１０２、活性層１０４、ｐ型窒化物半導体層１０３が積層された半導体層上のほぼ全面に、第１のマスク１０５を形成し、その上に第２のマスク１０６を形成する。第２のマスク（レジスト）をフォトリソグラフィなどのリソグラフィ技術によってパターニングすることで図１（ｄ）のように、所望の形状に開口部を有するように加工される。この時、第１のマスクのエッチングをウエットエッチングで行った場合は、等方性エッチングであるため形成されるパターンの寸法精度がかなり低下する。寸法精度が劣るため、そのマスク形状を一定に形成しにくい。一度、パターンが形成されたマスクを、その後の工程で修復することは不可能である。半導体層の加工は極めて微細な加工であるため、このような寸法精度が低いウエットエッチングで形成されたマスクを用いると、半導体層の加工は更に精度が低下し、素子特性を安定に得ることは困難である。本発明では、第１のマスクのパターン形成を、第２のマスクを用いて異方性エッチング（ドライエッチング）することで、図１（ｅ）のように、寸法精度に優れたマスクを形成することができる。
【００１３】
本発明の請求項３に記載の窒化物半導体素子の製造方法は、第２の工程は、第２のエッチャントを用いたウエットエッチング工程であることを特徴とする。
【００１４】
第１のマスク形成の第１の工程をドライエッチングで行った場合、異方性のエッチングであるため、優れた位置精度及び寸法精度を有するマスクを形成することができるが、そのエッチング端面の平滑性は必ずしも優れているものではない。特に、ＳｉＯ_２等を蒸着やスパッタ等の方法で堆積させて形成されたマスク層を、ドライエッチングした端面には、図２（ｂ）に示すように、微細な凹凸を有する面が形成されやすい。第１のマスクの端面に凹凸が形成されていると、それをマスクとする半導体層エッチング時にもその凹凸が影響するため、図６（ｄ）〜（ｆ）に示すように、半導体層の端面にも凹凸が形成されやすくなる。本発明では、このような凹凸面を平滑化する第２の工程を、第２のエッチャントを用いたウエットエッチング工程とすることで、平滑性を向上させることができる。これは、ウエットエッチングが、ドライエッチングに比べてエッチングの方向性が等方的である（方性の強いエッチング）であるため、或いは、被エッチング材料に対するエッチング種（活性種、反応種）の接触面積（接触確率）が大きいため等の理由によるものと考えられる。これにより、第１の工程で形成された端面の凹凸が、等方的に進行するエッチングによって凹凸が低減されて平滑化され、面粗さを低減することができることによる。そして、このように平滑化された第１のマスクを用いることで、平滑な半導体層端面を得ることができる。
【００１５】
本発明の請求項４に記載の窒化物半導体素子の製造方法は、第２のエッチャントは、第２のマスクに対する第１のマスクの選択比が、第１のエッチャントよりも高いことを特徴とする。
【００１６】
第１の工程で用いた第１のエッチャントよりも、第２のマスクに対する第１のマスクの選択比が高い第２のエッチャントを用いると、第１のマスクは第１の工程のエッチング時よりもエッチングされやすくなる。しかし、第１のマスクは、その上面には第２のマスクが形成されているため、第２のエッチャントに曝されるのは端面のみになる。図２（ｃ）は、第２の工程をウエットエッチングで行った場合であるが、この図に示すように、第２のマスク端面の凹凸形状に影響されずに第１のマスク端面を平滑化することができる。すなわち、第２のエッチャントを選定することで、第２の工程時に第１のマスクの上面がエッチングされるのを防ぐ保護膜として機能させることができる。第１のマスクは、後工程の半導体層エッチング時のマスクであるため、端面平滑化時に膜厚が薄くなると、半導体層のエッチングが不安定になりやすいが、このように第２のマスクで保護しておくことで、膜厚を維持することができ、良好な半導体層エッチングを行うことができる。
【００１７】
本発明の請求項５に記載の窒化物半導体素子の製造方法は、第２のマスクは、第２のエッチャントに対して実質的にエッチングされないことを特徴とする。
【００１８】
第２のマスクに対する第１のマスクの選択比を、極めて高くすることで、実質的に、第２のマスクがエッチングされないことになる。このようなエッチャントを用いることで、第１のマスクの端面のみを選択的にエッチングすることができ、効率的に平滑化を行うことができる。
【００１９】
本発明の請求項６に記載の窒化物半導体素子の製造方法は、第２の工程は、第２の工程と異なる条件を用いたドライエッチングであることを特徴とする。
【００２０】
第２の工程がウエットエッチングである場合は、第１のマスクを選択的にエッチングすることで平滑化されるのに対して、第２の工程がドライエッチングである場合は、平滑化の機構が異なる。第２の工程でもドライエッチングを用いる場合は、第１の工程で第２のマスク端面に形成される凹凸を、ある程度削ることが可能なエッチャントを用いる必要がある。そして、第２のマスク端面の凹凸を徐々に低減して平滑化しつつ、かつ、その徐々に平滑化される第２のマスクをマスクとして第１のマスクの端面をエッチングすることで、第１のマスク端面の平滑性を向上させる。そのためには、第１の工程のドライエッチング条件に比べて異方性が、同じかやや弱くなるようなエッチング条件とするのが好ましい。
【００２１】
本発明の請求項７に記載の窒化物半導体素子の製造方法は、第２の工程は、第３のエッチャントを用いたドライエッチングであり、第３のエッチャントは、第２のマスクに対する第１のマスクの選択比が第１のエッチャントよりも低いことを特徴とする。
【００２２】
ドライエッチングを２段階で行う場合、後工程の方を、より選択比の低いエッチャントを用いることで、被エッチング材料である第１のマスクだけでなく、エッチングマスクである第２のマスクをもエッチングしやすくすることができる。図２（ｄ）は、第２の工程もドライエッチングで行った場合のマスクの端面を示す図であるが、この図に示すように、第１のマスクと第２のマスクが、共にエッチングされており、第２のマスクは、端面だけでなく上面からもエッチングされて膜厚が薄くなっている。このようにエッチングされることで、端面の凹凸や、角が取れて第２のマスクの表面が平滑化されていく。そして、この平滑化された第２のマスクをエッチングマスクとして第１のマスクをエッチングするため、第１のマスク端面の平滑性を向上させることができる。
【００２３】
本発明の請求項８に記載の窒化物半導体素子の製造方法は、第１の工程は、半導体層上にパターンを有する第３のマスクを形成する工程と、半導体層上及び第３のマスク上に第１のマスクを形成する工程と、第３のマスクとその上に接する第１のマスクとをリフトオフする工程と、とを有することを特徴とする。
【００２４】
マスク層の材料によっては、エッチングでパターンを形成することが困難な場合がある。そのような場合は、上記のようなリフトオフによってマスクのパターンを形成させることができる。図３（ａ）〜（ｅ）は、リフトオフによって第１のマスクを形成させる工程を示す図である。
【００２５】
本発明の請求項９に記載の窒化物半導体素子の製造方法は、第２の工程は、ウエットエッチングであることを特徴とする。第１の工程をリフトオフ工程である場合、第１のマスクの端面は、平滑性については、エッチングされた面よりも精度が劣り、また、凹凸が多くて荒れている場合が多く、図４（ｂ）のように、粗面が形成されやすい。そのようなマスクを用いて半導体層をエッチングすると、平滑な半導体層端面を得にくい。そのため、ウエットエッチングによって図４（ｃ）のように端面の表面を平滑化させることで、後工程の半導体層エッチング時に平滑な半導体層端面を形成させることができる。本発明では、以上のように、マスクのパターン形成工程である第１の工程に関わらず、マスクの平滑性を向上させる第２の工程を具備することで、半導体層の端面の平滑性を向上させることができる。また、第１のマスクの上に更に第４のマスクを設けた後にリフトオフを行い、第１のマスクの上面を第４のマスクで保護した状態で第２の工程であるウエットエッチングを行うこともできる。このようにすることで、第１のマスクの端面を選択的にエッチングして平滑化させることができる。
【００２６】
本発明の請求項１０に記載の窒化物半導体素子の製造方法は、第１のマスクは、第２の工程後のエッチング端面の面粗さＲａが、１００Å以下であることを特徴とする。
【００２７】
第１のマスクの端面の面粗さを上記範囲とすることで、半導体層の端面を、極めて平滑性に優れたエッチング端面とすることができる。尚、本明細書においてＲａは算術平均粗さ（単位：長さ）を示し、その数値が０に近いほど荒れが少ないことを示すものである。
【００２８】
本発明の請求項１１に記載の窒化物半導体素子の製造方法は、半導体エッチング工程によってレーザの共振器面形成されることを特徴とする。レーザ素子の共振器面は、鏡面に近いような極めて平滑性に優れた面が要求される。本発明のようにエッチングのためのマスク（第１のマスク）を２段階で加工させることで、位置精度、寸法精度だけでなく、平滑性にも優れた半導体層のエッチング端面を形成することができる。
【００２９】
図５は、第１のマスクをエッチングマスクとして半導体層をエッチングする工程を示す図である。この図に示すように、ｎ型半導体層５１７が露出するまで半導体層をエッチングし、これによって形成されるエッチング端面５０９を共振器面とし、この共振器面で挟まれる領域を導波路領域とすることで、共振方向が定められる。レーザ素子の場合、素子特性は共振器面の平滑性に大きく左右されるので、エッチング工程を制御することは極めて重要である。図６は、第１のマスク端面が粗面である場合（図６（ｄ）〜（ｆ））と、本発明のように平滑化された端面を有する第１のマスクを用いた場合（図６（ａ）〜（ｃ））を比較した図である。図６（ｄ）及び（ｅ）のように第１のマスクの端面が、側面からみても、或いは上面からみても粗面が形成されている場合、半導体層のエッチング面は図６（ｆ）のように、そのマスクの粗面を引き継いで縦方向（エッチング方向）に延在する凹凸が形成される。このような面では、レーザ素子としては良好な特性を得られにくい。これに対して図６（ａ）及び（ｂ）のように、第１のマスクの端面を平滑化することで、半導体層のエッチング端面には図６（ｃ）のように、マスクを原因とする縦方向に延在する凹凸は形成されにくい。このような共振器面を有することで、良好な特性を有するレーザ素子とすることができる。
【００３０】
本発明の請求項１２に記載の窒化物半導体素子は、上記のような請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
【００３１】
本発明の請求項１３に記載の窒化物半導体素子は、エッチングされた面の面粗さＲａが２００Å以下であることを特徴とする。このように、極めて凹凸が少ない、反射効率の高い平滑な面を有することで、端面による光吸収や乱反射等を低減することができ、閾値の低い半導体レーザ素子とすることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について説明するが、本発明の窒化物半導体素子は、実施の形態に示された素子構造や電極構成に限定されるものではない。
【００３３】
本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、半導体層をエッチング加工するためのマスクの形成方法を特定の方法とすることで、このマスクを用いて加工される半導体層のエッチング面を、寸法精度よく、かつ、平滑性に優れた面とすることができるものである。
【００３４】
（半導体層エッチング用のマスク：第１のマスク）
半導体層エッチング時のマスク（第１のマスク）の材料としては、その半導体層のエッチング時に用いられるエッチャントに応じて好ましい材料を選択することができる。窒化物半導体層をエッチング可能なエッチャントとしては、Ｃｌ_２、ＳｉＣｌ_４等、塩素系ガスを含むエッチャントを用いるのが好ましく、半導体層に対する選択比が１以上の材料であればよい。好ましくは、マスクに対する半導体層の選択比が５〜２０程度のものである。選択比が１以下であると、膜厚の厚いマスクを形成させる必要があり、そのような厚膜のマスクを用いたエッチングでは、エッチングが不均一になりやすく、また、マスクの寸法精度も低くなるので好ましくない。マスクの膜厚は、選択比に応じて好ましい範囲は異なるが、膜厚が薄いほどマスクの寸法精度及び半導体層の寸法精度が高く好ましい。
【００３５】
第１のマスクの具体的な材料としては、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｌ等の酸化物、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等をあげることができ、特に、Ｓｉ酸化物が好ましい。この他に、Ｐｔ等の金属層も用いることができる。これらの材料は、エッチャント種やエッチング条件、或いは要求されるマスク精度、更には工程等に応じて好ましい材料を選択することができる。その場合、単層で用いるだけでなく、例えばＳｉＯ_２の上にＴｉＯ_２を設けるなどの多層構造とすることもできる。
【００３６】
この第１のマスクは、半導体層エッチング後の工程で除去してもよいし、また、後工程で除去せず、そのまま機能膜として設けておくこともできる。例えば、ＳｉＯ_２等の絶縁性のマスクを用いた場合は、そのまま絶縁膜として用いることができるし、Ｐｔ等の導電性のマスクを用いた場合は、形成位置にもよるが電極として用いることもできる。
【００３７】
また、第１のマスクの形成方法としては、スパッタ、蒸着等を用いることができるが、Ｓｉ酸化物等の酸化物膜の場合は、特にＣＶＤ（化学気相成長法）を用いるのが好ましい。ＣＶＤとしては、熱ＣＶＤ法或いはプラズマＣＶＤ法等を用いることができ、半導体層の組成や、マスク材料に応じて、好ましい方法を用いることができる。ＣＶＤでマスクを形成させることで、緻密な膜質で形成させることができるので、マスク自体の耐性が高いために、高い寸法精度で半導体層のエッチングを行うことができ、また、マスク下の半導体層にダメージを与えにくくすることができる。
【００３８】
（第１のマスクをエッチングするためのマスク：第２のマスク）
本発明の窒化物半導体素子の製造方法に用いる第２のマスクは、第１のマスクの材料と、第１のマスクのエッチングに用いる第１のエッチャントの種類によって好ましい材料を選択する。
【００３９】
第２のマスクは、第１のエッチャントを用いたときの第１のマスクに対する選択比が０．０２〜５程度のものが好ましい。選択比が５以上の材料でも用いることはできるが、エッチング速度を制御しにくくなるので、好ましくは前記範囲内の選択比の材料を用いる。この範囲内のものを用いることで、位置精度及び寸法精度に優れたパターンを形成することができる。
【００４０】
第２のマスクの具体的な材料としては、レジスト、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｌ等の酸化物、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、Ｔｉ、Ｎｉ等の金属材料等をあげることができる。これらは、単層で用いるだけでなく、例えば、Ｔｉの上にレジスト層を設けるなどの多層構造とすることもできるので、マスクの材料やエッチャント、或いは要求されるマスク精度や工程等に応じて、好ましい材料を選択することができる。上記の材料のうち、特に、レジストが好ましく、その中でもフォトレジストを用いるのが好ましく、特にポジ型のフォトレジストが好ましい。
【００４１】
第２のマスクの形成方法としては、第１のマスクと同様に、スパッタや蒸着等を用いることの他に、レジストなどは湿式塗布により形成させることができる。また、第２のマスクは、半導体層のエッチング工程の前に除去することが好ましいが。ただし、第１のマスクの平滑化工程によって第２のマスクの膜厚が薄くなったり、或いは、半導体層のエッチング時に用いるエッチャントに対して第１のマスクよりもエッチングされやすい場合（第１のマスクとの選択比が小さい場合）等、半導体層エッチング時に第１のマスクの機能を悪化させにくいような場合は、新たに除去工程を設けなくてもよい場合もある。
【００４２】
（第１のマスクをリフトオフで形成する場合のマスク：第３のマスク）
第１の工程が、リフトオフ工程である場合、第１のマスクをリフトオフする領域（除去すべき領域）に設けられる第３のマスクとしては、パターンの寸法精度及び位置精度が高く、かつ、除去しやすい材料が好ましい。具体的には、レジストや、ＳｉＯ_２等が好ましく、特にネガ型のフォトレジストを用いるのが好ましい。そして、それらの材料に応じて、好ましい剥離剤を選択することができる。例えば、レジストの剥離剤としては、主としてアルカリ溶液を用いたレジスト剥離剤が好ましい。また、ＳｉＯ_２を用いる場合の剥離剤はフッ酸が好ましい。第３のマスクの膜厚については、その材料や、剥離する際に用いる剥離剤等の種類、濃度、温度等によっても異なるが、３００Å〜５００００Å程度が好ましい。
【００４３】
（第２の工程で第１のマスク上面を保護するマスク：第４のマスク）
第１の工程がリフトオフで形成され、その後に第２の工程時に第１のマスクの上面を保護するために設けられる第４のマスクとしては、第１のマスク及び第３のマスク用いられる材料との組み合わせによって、好ましい材料を選択することができる。特に、第２の工程時に、第１のマスクをエッチング可能なエッチャントに対する耐性に優れたものであって、第１のマスクよりもエッチングレートの低い材料であるのが好ましい。また、第３のマスクをリフトオフする際に、除去されない材料である必要がある。更には、第２の工程後、最終的に第１のマスクのみで半導体層をエッチングするために、第２の工程後に除去可能なものが好ましい。第４のマスクの好ましい膜厚は、第１のマスク及び第３のマスクとして用いる材料や、剥離剤、更には第２の工程で用いるエッチャントの種類等によって好ましい範囲は異なるが、例えば第１のマスクをＳｉＯ_２とし、第４のマスクをＺｒＯ_２とする場合は、ＺｒＯ_２の膜厚を１００Å〜５０００Å程度とするのが好ましい。
【００４４】
第４のマスクを形成した場合、図４（ｄ）のように、第１のマスク端面４０５と第４のマスク端面４０８は、共にリフトオフによって形成された比較的粗い面が形成されている。第２の工程でウエットエッチングを行うと、第１のマスクは端面が選択的に平滑化されて図４（ｅ）に示すようになる。第４のマスクを形成しておくことで、第１のマスクの上面が保護されているので、保護されていない図４（ｃ）が端面だけでなく上面からもエッチングされて膜厚が薄くなっているのに対して、図４（ｅ）では膜厚を維持したままとすることができる。このように第４のマスクを第１のマスク上に設けておくことで、比較的薄い膜厚で第１のマスクを形成させることができる。また、第４のマスクとして、半導体層のエッチング時に用いられるエッチャントと反応性の高い材料を用いる場合等、半導体層エッチング時に第１のマスクの機能を悪化させにくいような場合は、新たに除去工程を設けず、半導体層エッチング時の初期段階で反応させて除去させる等の方法を選択することもできる。
【００４５】
（半導体層のエッチング）
本発明では、マスク形成時に２段階のエッチングを行うが、半導体層のエッチング時にも、ドライエッチング工程の後に、表面をより平滑化にするための工程、例えばウエットエッチングを行うこともできる。特に、半導体層のエッチング端面をレーザ素子の共振器面として用いる場合は、極めて高度な平滑性が要求される。そのため、マスクの加工を２段階にすることでマスク端面の凹凸を低減することで、マスク端面に起因する面荒れを低減した上に、更に半導体層エッチング時に形成される凹凸を平滑化させる工程を加えることによって、優れた平滑性を有する半導体層端面を形成することができる。
【００４６】
半導体層のドライエッチングに用いられるエッチャントは、Ｃｌ_２、ＳｉＣｌ_４等の塩素系ガスが好ましい。これらは、混合して用いることもできる。半導体のエッチング時の温度としては、エッチングの手段によって好ましい温度が異なる。例えば、ＲＩＥ等、エッチング時に半導体層の温度が上昇するような場合は、その最高到達温度の３０％程度（摂氏で換算）以内の条件とするのが好ましい。
この範囲内で形成させることでエッチング端面の角度の制御性が向上し、また、経時的なエッチングレートが安定するので、再現性よくエッチングを行うことができる。
【００４７】
半導体層のエッチング面は、光の反射効率を考慮すれば、その角度は垂直であるのが望ましい。しかしながら、エッチングにより端面を形成する場合は、面粗さとの兼ね合いから、その端面の角度は積層面に対して垂直であるのが必ずしも好ましいとは言えず、多少傾斜している場合が好ましい場合もある。劈開によって端面を形成する場合は積層面に対してほぼ垂直な端面を得ることができるが、エッチングにより端面を形成する場合、その垂直性のみを重視すると、エッチング底面においてエッチング種が反射するなどにより異方性が低減して、端面への衝突確率が高くなり、それによる端面損傷を引き起こす。そのため、エッチング種の流れを、半導体層のエッチング端面に衝突しにくい角度に制御することで、端面への衝突を低減させるのが好ましい。そのため、半導体層エッチング時に、端面がやや傾斜するように形成することで、エッチングガス中の活性種がエッチング端面の表面上を流れやすくするのが好ましく。ただし、傾斜角度が大きくなると、反射損失が大きくなり、また、その端面から出射される光の放射角度が変化するので、好ましい角度を選択する。
【００４８】
ここで、本発明を用いて形成される半導体層のエッチング端面をレーザ素子の共振器面として用いる場合、その角度と光学特性との関係についての一例を、図を用いて説明する。図８は、ＦＦＰ−Ｙ（ファーフィールドパターンの垂直方向成分）の発光点精度Δθｙ（°）特性と閾値電流（ｍＡ）とをプロットした相関図グラフである。発光点精度Δθｙは、ＮＦＰの発光強度分布のピークと、ＦＦＰの発光強度分布のピークとのズレ角度の垂直方向成分である。図８では、Ｘ軸に発光点精度を、Ｙ軸に閾値電流をとっている。閾値電流が最小であるのは、Δθｙが０°、すなわち、共振器面の角度が垂直な場合ではなく、−１〜−３°付近である。このようなΔθｙが−１〜−３°近傍の値をとるには、共振器面を傾斜させることで容易に実現することができ、例えば、積層面に対して共振器面を約０．３度傾斜させることでΔθｙを約−２°程度に制御することができる。この図８では、上記のように半導体層端面の角度をやや傾斜させることで、閾値電流を低減させることができるが、傾斜角の好ましい範囲は、第１のマスク端面の角度や、半導体層エッチング時の条件等にも左右されるものであるため、それらに応じて適宜選択するのが好ましい。
【００４９】
また、本発明では、上記のように形成させた共振器面の面粗さＲａを２００Å以下とするのが好ましい。このような極めて凹凸の少ないエッチング端面は、エッチングの条件（エッチングガスの種類や流量、或いはエッチングの角度、装置の温度等）を選定することでも得ることはできるが、再現性に乏しい。しかし、本発明のように、マスクの形成方法を２段階とし、かつ、積層面に垂直な面に対して傾斜させた面とすることで、面の荒れの少ない共振器面を再現性よく形成することができる。
【００５０】
本発明の窒化物半導体素子は、半導体層の端面（レーザ素子の共振器面）がドライエッチングにより形成されているものであるが、ドライエッチングの方法としては、エッチャント（エッチングガス）に高周波電界を印加して発生させたプラズマ中の活性粒子（ラジカル）の化学反応を利用したプラズマエッチングや、加速されたイオンによる物理的なスパッタ作用を利用したスパッタエッチング、及びそれらを組み合わせた方法を用いることができ、例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）や、ＲＩＢＥ（反応性イオンビームエッチング）等の方法を用いるのが好ましい。ＲＩＥやＲＩＢＥは、一般的には異方性の強いエッチング方法として知られている方法であるが、エッチング時のガスの流量や圧力を選択することで活性種であるラジカル及びイオンの密度を制御することができ、これによりエッチングの方向性（等方性、異方性）や選択性の程度（強度、大きさ）を制御することができる。このようなエッチング条件は、被エッチング材料である半導体層の膜質や、エッチング深さ等を考慮して選択することができる。
【００５１】
レーザ素子の場合、共振器面形成時のエッチングは、図６に示すようにｎ型半導体層が露出する深さまでとするのが好ましく、その中でもｎ型コンタクト層が露出するまでとするのが好ましい。これにより、絶縁性の基板を用いる場合に、別工程でｎ型コンタクト層を露出させることなく、工程を簡素化することができる。また、エッチング深さが深い場合、例えば、基板が露出するまで深くエッチングすると、先に露出されるｐ型半導体層や活性層の端面が荒れやすくなる場合もあるので、そのような問題を生じにくくすることもできる。ただし、導電性の基板を用いる場合は、裏面にｎ電極を形成させることができるので、そのような場合は、基板までエッチングされても構わない。また、エッチングの条件を選定することで、半導体層端面を荒れにくく制御することも可能であるので、その場合も、ｎ型コンタクト層に限らず、任意の位置でエッチングを停止させることができる。また、基板が劈開しにくい材料からなる場合は、分割位置の半導体層を除去しておくのが好ましいので、共振器面形成時のエッチングとは別に、基板が露出するまでエッチングすることもできる。これにより、共振器面の荒れを抑制でき、かつ、分割しやすくすることができる。
【００５２】
【実施例】
以下、実施例として窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子について説明する。レーザ素子の一例を図７に示す。基板７０１上に、ｎ型窒化物半導体層７０２、活性層７０４、ｐ型窒化物半導体層７０３が積層された窒化物半導体層に、リッジ（図示せず）を形成されている。また、リッジ側面からリッジ両脇のｐ型窒化物半導体層上に第１の絶縁膜７１４、その上にリッジ上部でｐ型半導体層と接するｐ側オーミック電極７１２が形成されている。同様にｎ型窒化物半導体層に接するｎ側オーミック電極７１３が形成されている。そして、両オーミック電極間に第２の絶縁膜７１５が形成される。この第２の絶縁膜は、両オーミック電極上に開口部を有しており、その開口部を介して接するようにそれぞれｐ側パッド電極７１０とｎ側パッド電極７１１とが設けられている。エッチングによって形成されている共振器面７０９は、そのまま露出されていてもよいし、保護膜７１６を形成してもよい。本発明は、以上のような、構造に限定されるものではなく、種々の層構造を用いることができる。後述の実施例に記載されているレーザのデバイス構造だけでなく、他のレーザ構造や、ＬＥＤについても適用できる。窒化物半導体の具体的な例としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、若しくはＩｎＮなどの窒化物半導体や、これらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体、更には、これらにＢ、Ｐ等が含まれるもの等を用いることができる。窒化物半導体の成長は、ＭＯＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。
【００５３】
［実施例１］
（基板）
基板は、Ｃ面を主面とするサファイア基板を用いる。基板としては特にこれに限定されるものではなく、必要に応じてＲ面、Ａ面を主面とするサファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、スピネル基板、ＧａＮ基板等種々の基板を用いることができる。
【００５４】
（下地層）
温度１０５０℃でアンドープのＧａＮ層を２．５μｍで成長させ、ＳｉＯ_２よりなる保護膜を０．２７μｍの膜厚で形成する。このＳｉＯ_２保護膜は、エッチングによりストライプ状の開口部（非マスク領域）を形成する。この保護膜は、ストライプ幅が１．８μｍでオリフラ面と略垂直な方向になるよう形成し、保護膜と開口部との割合は、６：１４となるようにする。次いで、アンドープのＧａＮ層を１５μｍの膜厚で成長させる。このとき、開口部上に成長されたＧａＮ層は、ＳｉＯ_２上に横方向成長しており、最終的にはＳｉＯ_２上方向でＧａＮが合わさるように成長されている。
【００５５】
（バッファ層）
次いで、温度を５００℃にしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ_３）を用い、ＳｉドープのＡｌ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎよりなるバッファ層を１μｍの膜厚で成長させる。
【００５６】
（ｎ型コンタクト層）
続いて１０５０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉドープのｎ−Ａｌ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎよりなるｎ型コンタクト層を３．５μｍの膜厚で成長させる。このｎ型コンタクト層の膜厚は２〜３０μｍであればよい。
【００５７】
（クラック防止層）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を８００℃にしてＳｉドープのｎ−Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎよりなるクラック防止層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。尚、このクラック防止層は省略可能である。
【００５８】
（ｎ型クラッド層）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ_０．０５Ｇａ_{０．０９５}ＮよりなるＡ層と、ＳｉをドープしたＧａＮよりなるＢ層をそれぞれ５０Åの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ１１０回繰り返してＡ層とＢ層を交互に積層して総膜厚１．１μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層を成長させる。このとき、アンドープＡｌＧａＮのＡｌの混晶比としては、０．０５以上０．３以下の範囲であれば、十分にクラッド層として機能する屈折率差を設けることができる。
【００５９】
（ｎ型光ガイド層）
次に、同様の温度で原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。この層は、ｎ型不純物をドープさせてもよい。
【００６０】
（活性層）
次に、温度を８００℃にして、原料にＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、ＳｉドープのＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎよりなる障壁層を１４０Åの膜厚で成長させる。続いてシランガスを止め、アンドープのＩｎ_０．１Ｇａ_０．９Ｎよりなる井戸層を７０Åの膜厚で成長させる。この操作を２回繰り返し、最後にＳｉドープのＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎよりなる障壁層を１４０Åの膜厚で成長させて総膜厚５６０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。
【００６１】
（ｐ型電子閉じ込め層）
同様の温度で、Ｎ_２雰囲気中で、ＭｇドープのＡｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層を３０Åの膜厚で成長させる。次いで、Ｈ_２雰囲気中で、ＭｇドープのＡｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層を７０Åの膜厚で成長させる。
【００６２】
（ｐ型光ガイド層）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型光ガイド層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層はアンドープとして成長させるが、Ｍｇをドープさせてもよい。
【００６３】
（ｐ型クラッド層）
続いて、アンドープのＡｌ_０．０８Ｇａ_０．９２ＮよりなるＡ層を８０Åの膜厚で成長させ、その上にＭｇドープのＧａＮよりなるＢ層を８０Åの膜厚で成長させる。これを２８回繰り返してＡ層とＢ層とを交互に積層させて、総膜厚０．４５μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｐ型クラッド層を成長させる。ｐ型クラッド層は少なくとも一方がＡｌを含む窒化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製した場合、不純物はいずれも一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと結晶性がよくなる傾向にあるが、両方に同じようにドープさせてもよい。
【００６４】
（ｐ型コンタクト層）
最後に１０５０℃でｐ型クラッド層の上にＭｇドープのＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ型コンタクト層はｐ型のＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ｘ≦０、ｙ≦０、ｘ＋ｙ≦１）で構成することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮとすればｐ電極と最も好ましいオーミック接触が得られる。反応終了後、反応容器内において窒素雰囲気中でウエハを７００℃でアニーリングして、ｐ型層を更に低抵抗化する。
【００６５】
（第１のマスク（ＳｉＯ_２）及び第２のマスク（レジスト）形成）
ｐ型コンタクト層まで積層されてなるウエハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面のほぼ全面に、ＳｉＯ_２よりなる第１のマスク層を形成する。ＳｉＯ_２膜の形成は、ＣＶＤ装置を用いて行い、約０．５５μｍの膜厚で形成させる。このＳｉＯ_２膜の全面上に、レジストよりなる第２のマスクを、約２．７μｍの膜厚で形成させる。レジストとしてはポジ型のレジストを用い、共振器面形成位置に挟まれる領域（エッチングする領域）を露光し、現像することで開口部を形成する。これにより、レジストパターンの開口部内はＳｉＯ_２膜が露出するようになる。レジストパターンの開口部は、幅が約２５μｍである。また、エッチングする領域である開口部は、共振器面形成位置だけでなく、ｎ側電極を形成させる領域にも設けておくことで、共振器面形成時のエッチングによってｎ型半導体層を動じに露出させることができる。
【００６６】
（第１の工程：第１のマスクのパターン形成）
次いで、エッチャントとしてＣＦ_４ガスを用いて、上記第２のマスク（レジストパターン）の開口部から露出する第１のマスク（ＳｉＯ_２）を、ｐ型半導体層の表面が露出するまでドライエッチングしてパターンを形成する。
【００６７】
（第２の工程：第１のマスク端面の表面平滑化）
次いで、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いてＳｉＯ_２マスクの開口部側面（端面）をエッチングして平滑化する。これにより、ＳｉＯ_２マスクの端面を、面粗さＲａ値が１００Å程度と極めて小さい値を有する平滑な面とすることができる。第１のマスク端面を平滑化した後に、第２のマスク（レジスト）を剥離剤を用いて除去する。
【００６８】
（共振器面形成及びｎ型コンタクト層露出）
上記のようにして形成した第１のマスク（ＳｉＯ_２）を用いて、窒化物半導体層をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によりドライエッチングする。エッチングガスとしてはＣｌ_２ガスを用いる。エッチング深さは、少なくとも活性層の端面が露出する深さまで行い、好ましくはｎ型ガイド層の端面が露出する深さまで行う。また、マスクの形状を、ｎ型コンタクト層の露出面にも開口部を有するように形成している場合は、ｎ型コンタクト層の表面が露出するまで行うことができる。このようにエッチングを行うことで、活性層を含む発光層領域の端面に共振器面を形成させる。最後に、フッ酸を用いて第１のマスク（ＳｉＯ_２）を除去する。
【００６９】
（リッジ形成）
次に、ストライプ状の導波路領域を形成するために、最上層のｐ型コンタクト層のほぼ全面にＣＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ_２）よりなる半導体エッチング用マスク層を０．５μｍの膜厚で形成した後、そのマスクの上に所定の形状のパターンを有するマスクをかけ、ＲＩＥ装置によりＣＨＦ_３ガスを用いたフォトリソグラフィ技術によりストライプ状のＳｉ酸化物からなる半導体エッチング用マスクを形成し、これをマスクとしてＳｉＣｌ_４ガスを用いて半導体層をエッチングして、活性層よりも上にリッジストライプが形成される。このとき、リッジの幅は１．６μｍとなるようにする。
【００７０】
（第１の絶縁膜）
ＳｉＯ_２マスクを形成させた状態で、ｐ型半導体層表面にＺｒＯ_２よりなる第１の絶縁膜を形成する。この第１の絶縁膜は、ｎ側の第１電極形成面をマスクして半導体層の全面に設けてもよい。また、後に分割されやすいように絶縁膜を形成させない部分を設けることもできる。
【００７１】
第１の絶縁膜形成後、ウエハを約６００℃で熱処理する。このように、ＳｉＯ_２以外の材料を第１の絶縁膜として用いる場合、第１の絶縁膜形成後に、３００℃以上、好ましくは４００℃以上で、かつ、窒化物半導体の分解温度（約１２００℃）以下で熱処理することによって、絶縁膜材料を安定化させることができる。特に、第１の絶縁膜形成後の工程において、主としてＳｉＯ_２をマスクとして用いてデバイス加工を施すような場合は、そのＳｉＯ_２マスクを後で除去する際に用いるマスク溶解材料に対して溶解しにくくすることができる。この第１の絶縁膜の熱処理工程は、第１の絶縁膜の材料や工程等によっては省略することもできるし、また、オーミック電極の熱処理と同時に行うなど、本実施例とは別の工程において実施することもできる。熱処理後、バッファード液（フッ酸）に浸漬して、リッジストライプの上面に形成したＳｉＯ_２を溶解除去し、リフトオフ法によりＳｉＯ_２と共に、ｐ型コンタクト層（更にはｎ型コンタクト層上）のＺｒＯ_２を除去する。これにより、リッジの上面のｐ型半導体層が露出され、リッジの側面はＺｒＯ_２からなる第１の絶縁膜で覆われた構造となる。
【００７２】
（オーミック電極）
次に、ｐ型コンタクト層上のリッジ最表面及び第１の絶縁膜上にｐ側オーミック電極をスパッタにより形成させる。このｐ側の第１電極は、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ（１００Å／１５００Å／１５００Å）を用いる。また、ｎ型コンタクト層上面にもｎ側オーミック電極を形成させる。ｎ側オーミック電極は、Ｔｉ／Ａｌ（２００Å／８０００Å）からなり、リッジと平行で、かつ、同程度の長さのストライプ状に形成されている。これら電極形成後、酸素と窒素の混合雰囲気中で、６００℃で熱処理する。尚、この熱処理工程は、半導体層とのオーミック性を良くするために行うものであって、電極材料によっては省略することができる。
【００７３】
ｐ型窒化物半導体層に設けられるｐ側オーミック電極の好ましい材料としては、ｐ型窒化物半導体層とオーミック性及び密着性が高い材料を選択することができ、具体的には、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ及びこれらの酸化物、窒化物等があげられ、これらの単層、合金、或いは多層膜を用いることができる。好ましくは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌから選択される少なくとも１種、及びこれらの酸化物、窒化物等である。また、ｎ型窒化物半導体層に設けられるｎ側オーミック電極としては、ｎ型窒化物半導体層とオーミック性及び密着性が高い材料を選択することができ、具体的には、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｗ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ等があげられ、これらの単層、合金、或いは多層膜を用いることができる。好ましくは、Ｔｉ、Ａｌを順に積層した多層構造である。また、オーミック電極の膜厚としては、総膜厚として１００Å〜３００００Å程度が好ましく、更に３０００Å〜１５０００Å程度が好ましく、特に好ましくは５０００Å〜１００００Åである。この範囲内で形成することで、接触抵抗の低い電極とすることができるので好ましい。
【００７４】
（第２の絶縁膜）
次に、リッジ上のｐ側オーミック電極の全面と、ｎ側オーミック電極の上部の一部を覆うレジストを形成する。次いで、ＳｉＯ_２からなる第２の絶縁膜を、ほぼ全面に形成し、リフトオフすることで、ｐ側オーミック電極の上面全面とｎ側オーミック電極の一部が露出された第２の絶縁膜が形成される。第２の絶縁膜とｐ側オーミック電極とは離間しており、その間に第１の絶縁膜が露出されている。第２の絶縁膜は、後の分割を考慮して、分割位置を挟んで幅１０μｍ程度のストライプ状の範囲には、第１及び第２の絶縁膜や電極を形成しないようにしておいてもよい。
【００７５】
第２の絶縁膜は、ｐ側及びｎ側のオーミック電極上部を除く全面に渡るように設けるものである。好ましい材料としては、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮのうちの少なくとも一種で形成することが望ましく、その中でも特に好ましい材料として、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２を用いた単層膜又はこれらの多層膜をあげることができる。
【００７６】
また、第２の絶縁膜を反射面側（モニター側）にも連続するように形成して、ミラーとして用いることもできる。その場合は、出射側共振器面との屈折率差を考慮して多層構造とするのが好ましい。
【００７７】
（パッド電極）
次に、ｐ側オーミック電極を覆うようにｐ側パッド電極を形成する。このとき、第２の絶縁膜も覆うように形成させるのが好ましい。ｐ側パッド電極は、Ｐｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ（１０００Å／５０Å／１０００Å／６０００Å）の順に形成される。また、ｎ側パッド電極は、下からＮｉ／Ｔｉ／Ａｕ（１０００Å／１０００Å／８０００Å）で形成される。このパッド電極は、第２の絶縁膜を介してｐ側オーミック電極及びｎ側オーミック電極にそれぞれストライプ状に接している。
【００７８】
ｐ側パッド電極の材料としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｗ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ及びこれらの酸化物、窒化物等があげられ、これらの単層、合金、或いは多層膜を用いることができる。最上層はワイヤ等を接続させるのでＡｕを用いるのが好ましい。そして、このＡｕが拡散しないようにその下層には拡散防止層として機能する比較的高融点の材料を用いるのが好ましい。また、ｎ側パッド電極の材料としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｗ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ等があげられ、これらの単層、合金、或いは多層膜を用いることができる。好ましくは多層膜とし、最上層はワイヤ等を接続させるのでＡｕを用いるのが好ましい。そして、このＡｕが拡散しないようにその下層には拡散防止層として機能する比較的高融点の材料を用いるのが好ましい。パッド電極の膜厚としては、総膜厚として３０００Å〜２００００Åが好ましく、更に好ましくは７０００Å〜１３０００Åの範囲である。また、ｎ側電極は、上記のようにオーミック電極とパッド電極とを別工程で設けるのではなく、両方の機能を兼用するｎ電極とすることもできる。
【００７９】
（基板露出工程）
以上のようにしてパッド電極を形成した後、ｎ型コンタクト層の露出面を除いてレジスト膜を形成させる。その後に、ＳｉＯ_２保護膜をウエハ全面に形成する。更にそのＳｉＯ_２保護膜の上にレジストを形成させる。このとき、光出射側の共振器面近くまでエッチングできるようにレジストを形成させる。このレジスト膜は、光出射側（モニター側）の端面にまで達していてもよい。
【００８０】
このように、レジスト−ＳｉＯ_２−レジストの順で膜を形成させ、これを用いて基板が露出するまでエッチングする。ここでは、ＳｉＯ_２の露出部をエッチングするため、レジスト膜で覆われていない光出射側の共振器面前面のＳｉＯ_２保護膜は除去されてレジスト膜が露出し、光反射側の共振器面はレジスト膜を端部まで形成させていたためにＳｉＯ_２保護膜が残っている。このような方法で形成することで、光出射側と光反射側とでは、それぞれ共振器面から突出するｎ型半導体層の距離が異なることになる。光出射側は、共振器面から突出する距離が２〜３μｍ程度とするのが好ましい。また、光反射側は、共振器面から突出する距離が５〜８μｍ程度とするのが好ましい。次いで、レジスト、ＳｉＯ_２保護膜、レジストからなる多層マスクを除去することで、光反射側の共振器面に保護膜が形成される。
【００８１】
（光出射側ミラー形成）
上記のように光出射側の共振器面を露出させた後、基板を研磨して約１００μｍの膜厚になるよう調整後、上面側の基板露出部と対向する基板の裏面にスクライブ溝を形成し、リッジストライプと平行な位置で窒化物半導体層側からブレーキングしてバー状に分割する。次いで、光出射側の共振器面を含む端面が露出するようにレジストを形成させる。次いで、光出射側の共振器面に保護膜（ミラー）を形成させる。ミラーとして、ＳｉＯ_２（６３０Å）とＴｉＯ_２（４００Å）を１ペアとする誘電体保護膜を形成させる。
【００８２】
共振器面に設ける保護膜としては、導電性材料、絶縁性材料、或いは半導体材料等、目的に応じて種々選択することができる。具体的な材料としては、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉなどの導電性材料や、これらの酸化物、窒化物、フッ化物などの絶縁性或いは導電性の化合物材料を用いることができる。これらは単独で用いてもよいし、複数を組み合わせた化合物、或いは多層膜として用いることができる。好ましい材料としては、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ｇａを用いた材料である。また、半導体材料としては、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＢＮなどを用いることができる。
【００８３】
次いで、マスクを除去することで基板が露出したウエハが得られる。最後に、リッジストライプと平行な方向で分割することで本発明の窒化物半導体素子を得る。上記のようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、面粗さＲａが７０Å程度と極めて平滑性に優れた共振器面を有し、室温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ^２、６０ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振可能なものである。また、レーザ光の出射端面をエッチングにより形成させると、結晶系に左右されずに任意の位置に共振器面を形成可能なため、一枚のウエハから得られるチップ数量を多くし、歩留まりを向上させることができる。
【００８４】
［実施例２］
実施例２では、ｐ型半導体層上にマスクを形成する工程において、第１の工程を、第１のエッチャントとしてＣＨＦ_３を用いたドライエッチングとし、第２の工程を、第３のエッチャントとしてＣＦ_４を用いたドライエッチングとする以外は、実施例１と同様に行い、本発明の窒化物半導体素子を得る。このようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、歩留まりもよく、室温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ^２、６０ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振可能なものである。
【００８５】
［実施例３］
実施例３では、ｐ型半導体層の上にマスクを形成する工程において、第１の工程として、ストライプ状の開口部を有する第３のマスク（レジスト）を膜厚約２μｍで形成し、その上に、第１のマスクとしてＳｉＯ_２を約１μｍでウエハ全面に形成し、次いでリフトオフによってレジストとその上に形成されたＳｉＯ_２を共に除去して、半導体層上に第１のマスクのパターンを形成する。次いで、第２の工程として、フッ酸を用いてウエットエッチングを行い、第１のマスク端面の平滑化を行う。次いで、第１のマスクを用いて半導体層をエッチングし、フッ酸を用いて第１のマスクを除去後、リッジを形成するためのＳｉ酸化物よりなる半導体エッチング用マスクを形成する以外は、実施例１と同様に行い、本発明の窒化物半導体素子を得る。このようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、歩留まりもよく、室温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ^２、６０ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振可能なものである。
【００８６】
［実施例４］
実施例４では、ｐ型半導体層の上にマスクを形成する工程において、第１の工程として、ストライプ状の開口部を有する第３のマスク（レジスト）を膜厚約２μｍで形成し、その上に、第１のマスクとしてＺｒＯ_２を約４０００Åでウエハ全面に形成し、その上に第４のマスクとしてＳｉＯ_２を約２０００Åで形成させる。次いで剥離液を用いたリフトオフによってレジストとその上に形成されたＺｒＯ_２及びＳｉＯ_２を共に除去して、半導体層上に第１のマスクのパターンを形成する。このとき、第１のマスク上には第３及び第４のマスクも形成されている。次いで、第２の工程として、燐酸と硫酸の混合溶液を用いてウエットエッチングを行い、第１のマスク端面の平滑化を行い、次いでフッ酸を用いて第４のマスクを除去した後に、第１のマスクを用いて半導体層をエッチングし、次いで、燐酸と硫酸の混合溶液を用いて第１のマスクを除去後、リッジを形成するためのＳｉ酸化物よりなる半導体エッチング用マスクを形成する以外は、実施例３と同様に行い、本発明の窒化物半導体素子を得る。このようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、歩留まりもよく、室温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ^２、６０ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振可能なものである。
【００８７】
［実施例５］
実施例５では、ｐ型半導体層の上にマスクを形成する工程において、第１の工程として、ストライプ状の開口部を有する第３のマスク（レジスト）を膜厚約２μｍで形成し、その上に、第１のマスクとしてＳｉＯ_２を約４０００Åでウエハ全面に形成し、その上に第４のマスクとしてＺｒＯ_２を約２０００Åで形成させる。次いで剥離液を用いたリフトオフによってレジストとその上に形成されたＳｉＯ_２及びＺｒＯ_２を共に除去して、半導体層上に第１のマスクのパターンを形成する。このとき、第１のマスク上には第３及び第４のマスクも形成されている。次いで、第２の工程として、フッ酸を用いてウエットエッチングを行い、第１のマスク端面の平滑化を行い、次いで燐酸と硫酸の混合溶液を用いて第４のマスクを除去した後に、第１のマスクを用いて半導体層をエッチングし、次いで、フッ酸を用いて第１のマスクを除去後、リッジを形成するためのＳｉ酸化物よりなる半導体エッチング用マスクを形成する以外は、実施例３と同様に行い、本発明の窒化物半導体素子を得る。このようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、歩留まりもよく、室温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ^２、６０ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振可能なものである。
【００８８】
［実施例６］
実施例６では、ｐ型半導体層の上にマスクを形成する工程において、第１の工程として、ストライプ状の開口部を有する第３のマスク（レジスト）を膜厚約２μｍで形成し、その上に、第１のマスクとしてＺｎＯを約５５００Åでウエハ全面に形成し、その上に第４のマスクとしてＴｉを約５０Åで形成させる。次いで剥離液を用いたリフトオフによってレジストとその上に形成されたＺｎＯ及びＴｉを共に除去して、半導体層上に第１のマスクのパターンを形成する。このとき、第１のマスク上には第３及び第４のマスクも形成されている。次いで、第２の工程として、酢酸を用いてウエットエッチングを行い、第１のマスク端面の平滑化を行い、次いで半導体層のエッチングを行う。第４のマスクであるＴｉは、半導体層エッチングに用いられる塩素系のエッチャントと極めて反応性が高いため、半導体層のエッチング初期において容易に除去されるため、別工程を設けなくてもよい。半導体層のエッチング後に酢酸を用いて第３のマスクを除去し、リッジを形成するためのＳｉ酸化物よりなる半導体エッチング用マスクを形成する。上記工程以外は、実施例３と同様に行い、本発明の窒化物半導体素子を得る。このようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、歩留まりもよく、室温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ^２、６０ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振可能なものである。
【００８９】
【発明の効果】
本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、半導体層をエッチングするときに用いるマスクを、まず、パターンを形成する第１の工程と、そのパターンの表面を平滑化する第２の工程との２段階によって形成させることで、半導体層エッチング時に、マスク端面の凹凸に起因する面荒れが形成されるのを抑制して平滑性に優れた半導体層端面を形成するものである。このような方法を用いることで、そのエッチング端面から外部に放出される発光が、吸収等によって外部放出効率が低下しにくく、効率よく発光させることができる窒化物半導体素子とすることができる。特にレーザ素子の共振器面として用いる場合は、反射損失が少なく、閾値の低いレーザ素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の窒化物半導体素子の製造方法を説明する模式断面図
【図２】本発明の窒化物半導体素子の製造方法を説明する模式断面図
【図３】本発明の窒化物半導体素子の製造方法を説明する模式断面図
【図４】本発明の窒化物半導体素子の製造方法を説明する模式断面図
【図５】本発明の窒化物半導体素子の製造方法を説明する模式断面図
【図６】本発明の窒化物半導体素子の製造方法を説明する模式断面図
【図７】本発明の窒化物半導体素子の斜視図及びＸ−Ｘ断面図
【図８】発光点精度Δθｙと閾値電流との関係を示す相関図
【符号の簡単な説明】
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、７０１・・・基板
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、７０２・・・ｎ型窒化物半導体層
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３、７０３・・・ｐ型窒化物半導体層
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、７０４・・・活性層
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５・・・第１のマスク
１０６、２０６・・・第２のマスク
３０７・・・第３のマスク
４０８・・・第４のマスク
５０９、６０９、７０９・・・半導体層エッチング端面
７１０・・・ｐ側電極（パッド電極）
７１１・・・ｎ側電極（パッド電極）
７１２・・・ｐ側電極（オーミック電極）
７１３・・・ｎ側電極（オーミック電極）
７１４・・・第１の絶縁膜
７１５・・・第２の絶縁膜
７１６・・・端面保護膜（ミラー）
５１７・・・ｎ側電極形成面

Claims (13)

1. 半導体層上に第１のマスクを形成する工程と、該第１のマスクから露出する半導体層をエッチングする工程を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、
   前記第１のマスクを形成する工程は、半導体層が露出するパターンを有する第１のマスクを形成する第１の工程と、その第１のマスクの表面を平滑にする第２の工程と、とを具備することを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
2. 前記第１の工程は、第１のマスク層上に、パターンを有する第２のマスクを形成する工程と、該第２のマスクから露出する第１のマスク層を、第１のエッチャントを用いて半導体層が露出するまでドライエッチングする工程と、とを有する請求項１記載の窒化物半導体素子の製造方法。
3. 前記第２の工程は、第２のエッチャントを用いたウエットエッチング工程である請求項２記載の窒化物半導体素子の製造方法。
4. 前記第２のエッチャントは、前記第２のマスクに対するする前記第１のマスクの選択比が、前記第１のエッチャントよりも高い請求項３記載の窒化物半導体素子の製造方法。
5. 前記第２のマスクは、前記第２のエッチャントに対して実質的にエッチングされない請求項４記載の窒化物半導体素子の製造方法。
6. 前記第２の工程は、前記第１の工程と異なる条件を用いたドライエッチングである請求項２記載の窒化物半導体素子の製造方法。
7. 前記第２の工程は、第３のエッチャントを用いたドライエッチングであり、該第３のエッチャントは、前記第２のマスクに対する前記第１のマスクの選択比が、前記第１のエッチャントよりも低い請求項６記載の窒化物半導体素子の製造方法。
8. 前記第１の工程は、半導体層上にパターンを有する第３のマスクを形成する工程と、該半導体層上及び第３のマスク上に第１のマスクを形成する工程と、第３のマスクとその上に接する第１マスクとをリフトオフする工程と、を有する請求項１記載の窒化物半導体素子の製造方法。
9. 前記第２の工程は、ウエットエッチングである請求項８記載の窒化物半導体素子の製造方法。
10. 前記第１のマスクは、前記第２の工程後のエッチング端面の面粗さＲａが１００Å以下である請求項１乃至請求項９記載の窒化物半導体素子の製造方法。
11. 前記半導体エッチング工程によってレーザの共振器面形成される請求項１乃至請求項１０記載の窒化物半導体素子の製造方法。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする窒化物半導体素子。
13. 前記窒化物半導体素子は、エッチングされた面の面粗さＲａが２００Å以下である請求項１２記載の窒化物半導体素子。

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