JPH08316577A

JPH08316577A - 半導体発光素子の製造方法

Info

Publication number: JPH08316577A
Application number: JP11871895A
Authority: JP
Inventors: 向星 ▲高▼橋; Kousei Takahashi; Hiroshi Nakatsu; 弘志中津
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-05-17
Filing date: 1995-05-17
Publication date: 1996-11-29
Anticipated expiration: 2018-05-19
Also published as: JP3408017B2

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体発光素子の製造方法において、生産性
に大きな影響をあたえる発光部の成長工程での不良を早
期に発見し、素子の良品歩留まりを向上する。【構成】ｎ型ＧａＡｓ基板（ウエハ）１上に、エピタ
キシャル成長により、バッファ層２０を形成した後、続
いて、ｎ型下クラッド層２１、活性層２２、ｐ型上クラ
ッド層２３等を順次結晶成長する工程と、その後、該基
板１上に形成された活性層２２をウエハ状態で光励起
し、該活性層２２からの発光光の減衰時間である蛍光寿
命の測定により、該エピタキシャル成長を行った基板の
良品選別を行う工程と、その後、該良品と判定された基
板に対して、素子構造の形成処理を行う工程とを含んで
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ素子や発
光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子の製造方
法に関し、特にそのプロセス中に発光層の蛍光寿命の測
定を行うものに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、III−Ｖ族化合物半導体装置の作
製技術の発達は著しく、情報処理や通信の分野ですでに
その実用化が進んでいる。これらは高品質の結晶成長技
術と微細な構造の加工技術の発達によるものである。中
でも半導体レーザーやＬＥＤなどの発光素子では、特に
高品質な薄層結晶成長処理が不可欠であると同時に、こ
のような結晶成長後の素子構造形成のためのエッチン
グ、埋め込み再成長、電極形成、劈開、実装などの複雑
な処理工程を必要とするものが多い。

【０００３】以下、赤色半導体レーザ素子の製造プロセ
スを例に挙げて、従来の半導体発光素子の製造方法につ
いて説明する。

【０００４】図２及び図１１はそれぞれ従来の赤色半導
体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図であ
り、図２（ａ）〜図２（ｄ）は主要工程での素子の断面
構造を示す図、図１１は上記製造プロセスにおける処理
Ｐ１〜Ｐ１１の流れを示す図である。

【０００５】図において、１０１は赤色半導体レーザ素
子で、そのｎ型ＧａＡｓ基板１上にはｎ型ＧａＡｓバッ
ファ層２０を介して発光部１０１ａが設けられている。
この発光部１０１ａは、Ｇａ_0.4Ｉｎ_0.6Ｐ活性層２２
を、その下側のｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ下
クラッド層２１と、その上側のｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）
₀ _.5Ｉｎ_0.5Ｐ上クラッド層２３により挟み込んでなる構
造を有している。

【０００６】この上クラッド層２３上には、ＧａＩｎＰ
エッチストップ層２４を介してメサストライプ部２９ａ
が設けられており、該メサストライブ部２９ａの両側に
は、その高さが該メサストライプ部２９ａと同じ程度と
なるようｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層２９が形成されてい
る。ここで、上記メサストライプ部２９ａは、上記エッ
チストップ層２４上に、ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉ
ｎ_0.5Ｐクラッド層２５、ｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ薄層２
６、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層２７を順次積層して
なる構造となっている。

【０００７】そして、該コンタクト層２７及び電流狭窄
層２９の表面上には、ｐ型電極３が形成され、一方上記
ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面側には、ｎ型電極２が形成さ
れている。

【０００８】次に製造方法について説明する。

【０００９】半導体結晶の成長技術としては、液相成長
法、分子線エピタキシー法、有機金属化学気相成長法な
どが代表的である。ここでは分子線エピタキシー法を用
いて、半導体レーザ素子の発光部の薄層結晶成長を含む
処理について説明する。

【００１０】ｎ型ＧａＡｓ基板１に化学エッチングによ
り前処理Ｐ１を施した後、該基板１を基板ホルダに装着
し、分子線エピタキシー装置に導入する。この装置内で
ＧａＡｓ基板１の熱クリーニングを行った後、図２
（ａ）に示す半導体レーザ１０１の発光部１０１ａを構
成する半導体層の結晶成長を行う（処理Ｐ２）。

【００１１】すなわち、ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型Ｇ
ａＡｓバッファ層２０を成長し、続いて、ｎ型（Ａｌ
_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ下クラッド層２１、Ｇａ_0.4
Ｉｎ_0.6Ｐ活性層２２、ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐ上クラッド層２３を順次結晶成長し、さらに続い
てＧａＩｎＰエッチストップ層２４、ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇ
ａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層２５、ｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐ薄層２６、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層２７を
順次結晶成長する（図２（ａ））。

【００１２】このときの結晶成長条件は活性層での発光
効率が十分に高くなるように細心の注意を払わなければ
ならない。例えば成長温度に関しては最適成長条件の±
１０℃程度に設定しなければならない。

【００１３】この後、成長基板を分子線エピタキシー装
置から取り出し、素子構造形成工程に移る。

【００１４】この工程では、上記ｐ型ＧａＡｓコンタク
ト層２７上にＡｌ₂０₃などの薄層２８を真空蒸着により
形成し、その後フォトリソグラフィと化学エッチングに
より選択的なエッチング処理を行う。この時、図２
（ｂ）に示すように半導体層のエッチングを、上記Ｇａ
ＩｎＰエッチストップ層２４に達するまで行って、上記
半導体層２７，２６，２５からなる、幅約５μｍのメサ
ストライプ部２９ａを形成する（処理Ｐ３）。

【００１５】そして、再び分子線エピタキシー装置に上
記成長基板を導入し、図２（ｃ）に示すように、上記メ
サストライプ部２９ａのＡｌ₂０₃薄層２８をマスクとし
て、該メサストライプ部２９ａの両側にｎ型ＧａＡｓ電
流狭窄層２９を選択的に成長する（処理Ｐ４）。

【００１６】このときメサストライプ上部には多結晶Ｇ
ａＡｓ層２９ｂが成長するが、この多結晶ＧａＡｓ層２
９ｂは、その後の化学エッチングによりＡｌ₂０₃薄層２
８とともに除去する（処理Ｐ５）。

【００１７】さらにウエハ（基板）を裏面側から加工し
て約１００μｍまで薄層化した後、上記メサストライプ
部２９ａ及び電流狭窄層２９上にＡｕＺｎ及びＡｕを順
次真空蒸着するとともに、上記基板１の裏面側にＮｉ及
びＡｕＧｅを順次真空蒸着し、熱処理工程を経て、図２
（ｄ）に示すように、基板表面側にＡｕ／ＡｕＺｎ構造
のｐ型オーミック電極を、基板裏面側にＡｕＧｅ／Ｎｉ
構造のｎ型オーミック電極を形成する（処理Ｐ６）。

【００１８】次に、基板をこれがバー状となるようメサ
ストライプ部２９ａに垂直な方向に劈開して（処理Ｐ
７）、長さ約８００μｍのレーザ共振器を形成し、劈開
両端面に反射率制御のための誘電体薄層を真空蒸着によ
り成長する（処理Ｐ８）。

【００１９】そして、上記バー状に劈開した基板を、さ
らに各メサストライプ毎に分割してレーザチップに切り
出す（処理Ｐ９）。このようにチップに切り出されたレ
ーザチップについて、そのパルス駆動により発振閾値な
どの素子特性を確認して良品選別を行い（処理Ｐ１
０）、良品のみをレーザ素子用ステムにマウントし（処
理Ｐ１１）、配線を施して半導体レーザ素子を完成す
る。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な工程を経て作製された半導体レーザ素子の特性は、ウ
エハ内の均一性がよく表面欠陥なども低いためウエハ内
良品歩留まりは極めて高い。この場合、特性の再現性や
全体的な良品歩留まりを決定しているのはウエハ間の良
品歩留まりである。

【００２１】ところが、素子構造などに起因する不良
は、素子の形成工程中に顕微鏡などで検査することによ
り管理できるが、素子特性に最も大きな影響をもつ最初
の結晶成長工程である発光部の形成工程における結晶品
質の不良は、素子形成工程中に顕微鏡などで検査するこ
とは困難である。

【００２２】また、成長技術の発達により結晶品質の不
良の発生率も比較的低くなってきているが、ごくまれに
成長条件のずれや成長用材料の純度の悪化に起因する不
良が発生することがある。

【００２３】もしこれが発生した場合の素子歩留まりへ
の影響は大きい。また不良の発生がチップ分割後のパル
ス駆動評価の時まで明らかにならないことも大きな問題
である。通常、半導体レーザ素子の製造過程における発
光部の結晶成長（処理Ｐ２）までに要する時間は、約５
時間程度であるが、この後のストライプ形成工程（処理
Ｐ３）からチップ分割（処理Ｐ９）までは、のべ４０時
間以上の処理時間を要する。このため不良の発見に遅れ
が生じ、成長不良に対する対策ができないため多数の成
長ウエハに不良が発生する可能性が高い。

【００２４】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、生産性に大きな影響を与える発
光部の成長工程での不良を早期に発見し、素子の良品歩
留まりを向上することができる半導体発光素子の製造方
法を得ることが本発明の目的である。

【００２５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体発
光素子の製造方法は、半導体基板上にエピタキシャル成
長により、活性層を含む発光部を形成する工程と、該半
導体基板上に形成された活性層をウエハ状態で光励起
し、該活性層からの発光光の減衰時間である蛍光寿命の
測定により、該エピタキシャル成長を行った基板の良品
選別を行う工程と、その後、該良品と判定された基板に
対して、素子構造の形成処理を行う工程とを含んでお
り、そのことにより上記目的が達成される。

【００２６】この発明は、上記半導体発光素子の製造方
法において、前記発光部の形成後、前記蛍光寿命の測定
を行う前に、該発光部の表面部分を構成する半導体層の
一部を選択的にエッチング除去する工程を含み、前記蛍
光寿命の測定工程では、前記励起光を、該半導体層のエ
ッチング除去された部分から活性層に導入するようにし
たものである。

【００２７】

【作用】この発明においては、半導体基板上にエピタキ
シャル成長された発光部の結晶性評価を、活性層を光励
起した時に発生する該活性層からの発光光の減衰時間で
ある蛍光寿命を測定することにより行っているため、測
定のレイアウトの変化、資料表面の汚れ、発光層に影響
を及ぼさない層での表面状態の異常、層構造の微妙な揺
らぎなど素子特性にあまり影響しないような要因に左右
されずに、もっとも重要な発光層の結晶性を再現性よく
判断することができる。

【００２８】また、この蛍光寿命測定を用いる結晶性の
評価方法は、発光部の活性層に励起光を照射するだけ
で、結晶性評価のための活性層発光光を得ることができ
るので、半導体基板上に発光部を構成する半導体層を成
長した直後に、ウエハ状態で実施でき、早期に基板不良
の要因を把握しウエハ歩留まりの低下を最小限に低減で
きる。つまり、生産性に大きな影響を与える発光部の成
長工程での不良を早期に発見し、素子の良品歩留まりを
向上することができる。

【００２９】また、この発明においては、前記発光部の
形成後、前記蛍光寿命の測定を行う前に、該発光部の表
面部分を構成する半導体層の一部を選択的にエッチング
除去し、蛍光寿命の測定工程では、前記励起光を、該半
導体層のエッチング除去された部分から活性層に導入す
るので、ウエハ分割などによる後工程の複雑化やチップ
取れ数の低下に大きな影響を与えずに、表面側の励起光
の吸収層を部分的に除去することができ、これにより、
製造プロセスにおける生産性の低下をほとんど招くこと
なく、発光層としての活性層の励起効率を高めて、測定
精度を飛躍的に向上することができる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００３１】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
による赤色半導体レーザの製造方法を説明するための図
であり、該製造方法における処理Ｐ１，Ｐ２，Ｐ２ａ，
Ｐ２ｂ，Ｐ３〜Ｐ１１の流れを示している。

【００３２】また、本実施例の製造方法により製造され
る赤色半導体レーザの素子構造は、図２に示す、従来の
製造方法によるものと同一であり、ここでは、素子構造
の説明は省略する。

【００３３】以下、製造方法について説明する。

【００３４】まず、従来の方法と同様、ｎ型ＧａＡｓ基
板１に化学エッチングにより前処理Ｐ１を施した後、該
基板１を基板ホルダに装着して分子線エピタキシー装置
に導入する。この装置内で、ＧａＡｓ基板の熱クリーニ
ングを行った後、図２（ａ）に示す半導体レーザの発光
部１０１ａの結晶成長を含む処理を行う。

【００３５】すなわち、従来の方法と同様にして、２イ
ンチ径のｎ型ＧａＡｓ基板（ウエハ）１上にｎ型ＧａＡ
ｓバッファ層２０、ｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐ下クラッド層２１、Ｇａ_0.4Ｉｎ_0.6Ｐ活性層２２、ｐ
型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ₀ _.5Ｐ上クラッド層２３、
ＧａＩｎＰエッチストップ層２４、ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ₀
_.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層２５、ｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐ薄層２６、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層２７を順次
結晶成長する（処理２）。ここで、活性層の層厚は２０
ｎｍとした。

【００３６】この後成長基板を分子線エピタキシー装置
より取り出し、結晶性評価工程に移る。

【００３７】まず、成長済みの２インチ径ウエハ（基
板）上にフォトマスクを用いてエッチング処理を施し、
その表面のｐ型ＧａＡｓコンタクト層を約２ｍｍ径の範
囲でエッチング除去する（処理Ｐ２ａ）。このときのエ
ッチング液としては硫酸、過酸化水素水、水の混合物や
アンモニア水と過酸化水素水の混合物などが適当であ
る。

【００３８】次に、ｐ型ＧａＡｓ層を除去した部分に波
長５８０ｎｍのパルス色素レーザを用いて活性層のみを
光励起し、そこから発生した活性層発光光の発光減衰時
間を測定する（処理Ｐ２ｂ）。ここで用いられる発光測
定装置は一般的に用いられている時分解フォトルミネッ
センス装置である。励起波長を５８０ｎｍに選ぶと、活
性層より表面側の他の層での光吸収はほとんどなく活性
層を効率よく励起できる。この場合活性層での発光波長
は６８０ｎｍである。励起光の強度を約１０μＪ／ｃｍ
²とすると活性層発光光の減衰時定数は結晶中でのキャ
リアの非発光再結合寿命に支配される。

【００３９】このためこの結晶性評価工程で、最初の結
晶成長工程で形成された発光層の結晶性を正確に判断で
きる。図３には、このときの活性層発光寿命と素子の発
振閾値電流密度の関係の実験値を示す。これは、多くの
ウエハに対し実際に幅１００μｍのストライプ電極を有
する半導体レーザ素子を用いて測定した結果である。こ
のようにウエハ間で発光寿命はばらつくことがありこれ
がレーザ素子の最も基礎的でかつ実用上重要な発振閾値
電流密度と非常によく相関していることが判った。

【００４０】したがって、この評価工程では、少なくと
も発光寿命が４ｎｓ以上のウエハを良品と判定するのが
望ましく、このように良品と判定されたウエハのみを以
後の工程に移すことにより、完成された半導体レーザ素
子における発振閾値電流密度のばらつきを抑えることが
可能となる。上記のような発光寿命のばらつきは結晶成
長条件のずれや成長材科の純度の低下に起因することが
多いため、この評価工程での管理により、これらの素子
不良を引き起こす要因を早急に排除することができる。

【００４１】その後は、従来の製造方法と同様の処理Ｐ
３〜Ｐ１１を行う。

【００４２】簡単に説明すると、上記ｐ型ＧａＡｓコン
タクト層２７上にＡｌ₂０₃などの薄層２８を形成した
後、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィと化
学エッチングにより幅約５μｍのメサストライプ部２９
ａを形成する（処理Ｐ３）。

【００４３】そして、上記メサストライプ部２９ａのＡ
ｌ₂０₃薄層２８をマスクとする選択成長により、図２
（ｃ）に示すように、該メサストライプ部２９ａの両側
にｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層２９を選択的に成長する（処
理Ｐ４）。さらに、この時メサストライプ上部に成長し
た多結晶ＧａＡｓ層２９ｂを化学エッチングによりＡｌ
₂０₃薄層２８とともに除去する（処理Ｐ５）。

【００４４】さらに、ウエハ（基板）を約１００μｍま
で薄層化した後、図２（ｄ）に示すように、上記メサス
トライプ部２９ａ及び電流狭窄層２９上にＡｕ／ＡｕＺ
ｎ構造のｐ型オーミック電極を、基板裏面側にＡｕＧｅ
／Ｎｉ構造のｎ型オーミック電極を形成する（処理Ｐ
６）。

【００４５】次に、基板をこれがバー状となるようメサ
ストライプ部２９ａに垂直な方向に劈開して（処理Ｐ
７）、長さ約８００μｍのレーザ共振器を形成し、劈開
両端面に反射率制御のための誘電体薄層を真空蒸着によ
り成長する（処理Ｐ８）。

【００４６】そして、上記バー状に劈開した基板を、さ
らに各メサストライプ毎に分割してレーザチップに切り
出し（処理Ｐ９）、このようにチップに切り出されたレ
ーザチップについて、そのパルス駆動により発振閾値な
どの素子特性の確認を行って良品選別し（処理１０）、
良品のみをレーザ素子用ステムにマウントして（処理１
１）、配線を施して半導体レーザ素子を完成する。

【００４７】このように本実施例における発光層の評価
は、２インチ径のウエハの極一部分をエッチングするの
みで行えるため、その後の製造プロセスに影響を与える
ことがない。この評価工程としてはフォトルミネッセン
スの強度を用いることも可能であるが、生産工程として
再現性を維持するのは困難である。何故ならばフォトル
ミネッセンス強度は励起光源の強度や測定のレイアウ
ト、試料の表面状態、さらに積層構造に非常に敏感なた
めである。

【００４８】これに対し本実施例では、半導体基板上に
エピタキシャル成長された発光部１０１ａの結晶性評価
を、活性層２２を光励起した時に発生する該活性層２２
からの発光光の減衰時間である蛍光寿命を測定すること
により行っているため、測定のレイアウトの変化、資料
表面の汚れ、発光層に影響を及ぼさない層での表面状態
の異常、層構造の微妙な揺らぎなど素子特性にあまり影
響しないような要因に左右されずに、もっとも重要な発
光層としての活性層の結晶性を再現性よく判断すること
ができる。

【００４９】また、この蛍光寿命測定を用いる結晶性の
評価方法は、発光部の活性層２２に励起光を照射するだ
けで、結晶性評価のための活性層発光光を得ることがで
きるので、半導体基板上に発光部１０１ａを構成する半
導体層を成長した直後に、ウエハ状態で実施でき、早期
に基板不良の要因を把握しウエハ歩留まりの低下を最小
限に低減できる。つまり、生産性に大きな影響を与える
発光部の成長工程での不良を早期に発見し、素子の良品
歩留まりを向上することができる。

【００５０】（実施例２）図４は本発明の第２の実施例
による赤色半導体レーザの製造方法を説明するための図
であり、上記製造方法における処理Ｐ１，Ｐ２，Ｐ２
ｃ，Ｐ２ｄ，Ｐ３ａ，Ｐ４ａ，Ｐ６〜Ｐ１１の流れを示
している。また図５は、本実施例の赤外半導体レーザの
製造方法の主要工程における素子構造を示す断面図であ
る。

【００５１】図において、１０２は本実施例の赤色半導
体レーザ素子で、そのｎ型ＧａＡｓ基板１上にはｎ型Ｇ
ａＡｓバッファ層２０を介して発光部１０２ａが設けら
れている。この発光部１０２ａは、Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ
活性層３１を、その下側のｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ下ク
ラッド層３０と、その上側のｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ上
クラッド層３２により挟み込んでなる構造を有してい
る。

【００５２】そして、該上クラッド層３２上には、その
中央部にストライプ溝３３ａを有するｎ型ＧａＡｓ電流
狭窄層３３が形成されており、該電流狭窄層３３上に
は、該ストライプ溝３３ａを埋め込むよう、ｐ型Ａｌ
_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層３４が形成されている。この
クラッド層３４上には、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３５
を介してｐ型電極３が形成され、基板裏面側にはｎ型電
極２が形成されている。

【００５３】次に、７８０ｎｍ帯半導体レーザの製造方
法について説明する。

【００５４】まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１の前処理Ｐ１を
行い、その後該基板１を有機金属気相成長装置に導入
し、半導体レーザの発光部の結晶成長を含む結晶成長処
理を行う。

【００５５】すなわち、図５（ａ）に示すように、２イ
ンチ径のｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａ
ｓ下クラッド層３０、Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ活性層３１、
ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ上クラッド層３２及びｎ型Ｇａ
Ａｓ層電流ブロック層３３を順次結晶成長する（処理Ｐ
２）。

【００５６】この後、成長基板を有機金属気相成長装置
より取り出し、結晶性評価工程に移る。

【００５７】成長済みの２インチ径ウエハ上にフォトマ
スクを用いてエッチング処理を施し、その表面のｐ型Ｇ
ａＡｓ電流狭窄層３３を約２ｍｍ径の範囲でエッチング
除去する（処理Ｐ２ｃ）。このときのエッチング液とし
ては硫酸、過酸化水素水、水の混合物やアンモニア水を
過酸化水素水の混合物などを用いると所望の層のみ選択
的にエッチングできる。

【００５８】次に、ｎ型ＧａＡｓ層を除去した部分に波
長５８０ｎｍのパルス色素レーザを用いて活性層のみを
光励起し、そこから発生した活性層発光の発光減衰時間
を測定する（処理Ｐ２ｄ）。励起波長を５８０ｎｍに選
ぶと、活性層より表面側の他の半導体層での光吸収はほ
とんどなく活性層を効率よく励起できる。この場合活性
層の発光波長は７８０ｎｍである。

【００５９】励起光の強度を約１０μＪ／ｃｍ²とする
と活性層発光の減衰時定数は結晶中でのキャリアの非発
光再結合寿命に支配される。

【００６０】このためこの工程にて、最初の結晶成長工
程により形成された発光層の結晶性を正確に判断でき
る。この場合も図３に示したものと同様に活性層発光寿
命と素子の発振閾値電流密度の関係が得られる。この実
施例では、発光寿命（蛍光寿命）が大きくなるに従っ
て、発振閾値電流密度が低下し、発光寿命が１０ｎｓ以
上になると、発振閾値電流密度がほぼ一定値になるとい
う関係が得られた。従って、本実施例の素子に対しては
少なくとも発光寿命が１０ｎｓ以上のウエハのみを以後
の工程に移すことが望ましく、これにより、完成された
半導体レーザ素子における発振閾値電流密度のばらつき
を抑えることができる。

【００６１】上記のような発光寿命のばらつきは結晶成
長条件のずれや成長材科の純度の低下に起因することが
多いためこの工程での管理により、これらの素子不良の
要因を早急に排除することができる。

【００６２】次に、図５（ｂ）に示すようにフォトリソ
グラフィと化学エッチングによりｐ型ＡｌＧａＡｓ層３
２まで達する５μｍのストライプ溝３３ａを形成する
（処理Ｐ３ａ）。そして図５（ｃ）に示すように、液相
成長装置によりｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層３
４、ｐ型ＧａＡｓコンタクト（キャップ）層３５を成長
する（処理Ｐ４ａ）。

【００６３】さらにウエハを裏面側から加工して約１０
０μｍまで薄層化した後、真空蒸着処理より、図５
（ｄ）に示すように、コンタクト層３５上にＡｕ／Ａｕ
Ｚｎ構造のｐ型オーミック電極３を、基板裏面側にＡｕ
Ｇｅ／Ｎｉ構造のｎ型オーミック電極２を形成する（処
理Ｐ６）。

【００６４】次に、基板をこれがバー状となるようスト
ライプ溝に垂直な方向に劈開し（処理Ｐ７）、約２５０
μｍのレーザ共振器を形成し、劈開両端面に端面保護の
ための誘電体薄層を真空蒸着により成長する（処理Ｐ
８）。

【００６５】そして、上記バー状に劈開した基板を、さ
らに各ストライプ溝部毎に分割してレーザチップに切り
出し（処理Ｐ９）、このようにチップに切り出されたレ
ーザチップについて、そのパルス駆動により発振閾値な
どの素子特性を確認して良品選別し（処理Ｐ１０）、良
品のみをレーザ素子用ステムにマウントし（処理Ｐ１
１）、配線を施して半導体レーザ素子を完成する。

【００６６】このような構成の第２の実施例において
も、上記第１の実施例と同様の効果がある。

【００６７】（実施例３）図６は本発明の第３の実施例
による高輝度発光ダイオード（ＬＥＤ）の製造方法の主
要工程における素子構造を示す断面図、図７は、上記第
３の実施例による発光ダイオードの活性層蛍光寿命とＬ
ＥＤチップ輝度との関係を示す図である。また図１０は
本実施例及び後述する第４，第５実施例の、結晶性評価
工程を導入したＬＥＤ製造プロセスにおける処理の流れ
をまとめて示している。

【００６８】一般に、高輝度ＬＥＤの構造は大きく３種
類に分けられるため、この実施例では、その中の第１の
構造，つまりＧａＰ電流拡散層を有する素子構造につい
て製造方法を説明する。

【００６９】図６において、１０３は本実施例の高輝度
発光ダイオードで、そのｎ型ＧａＡｓ基板１上にはｎ型
ＧａＡｓバッファ層２０を介して発光部１０３ａが設け
られている。この発光部１０３ａは、ノンドープ（Ａｌ
_0.3Ｇａ_0.7）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層４１を、その下側のｎ
型Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ下クラッド層４０と、その上側のｐ
型Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層４２とにより挟み込んで
なる構造を有し、該上クラッド層４２上には、ｐ型Ｇａ
Ｐ電流拡散層４３が配置されている。この拡散層４３上
にはｐ型電極４が形成され、基板１の裏面側にはｎ型電
極２が形成されている。

【００７０】次に製造方法について説明する。

【００７１】ｎ型ＧａＡｓ基板１の前処理Ｐ１を行い、
該基板１を有機金属気相成長装置に導入し、図６（ａ）
に示すダブルヘテロ型のＬＥＤの発光層を成長する。

【００７２】すなわち、まず、２インチ又は３インチ径
のｎ型ＧａＡｓ基板１に前処理Ｐ１を施した後、該基板
１上にｎ型ＧａＡｓバッファ層２０を成長し、続いて、
ｎ型Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層４０、ノンドープ（Ａ
ｌ_0.3Ｇａ_0.7）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層４１、ｐ型Ａｌ_0.5
Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層４２を順次結晶成長し（処理Ｐ
２）、さらに続いてｐ型ＧａＰ電流拡散層４３を結晶成
長する（処理Ｐ４ｂ）。

【００７３】この後、成長基板を結晶成長装置より取り
出し、結晶性評価工程に移る。

【００７４】上述した本実施例の素子構造では、ＧａＰ
電流拡散層は、活性層での発光が均一なるよう活性層へ
の電流注入が均一に行われるようにするもので、また発
光波長５９０ｎｍの光は吸収しないようにようにしてあ
る。

【００７５】ここでは、高輝度ＬＥＤ構造において発光
層の蛍光寿命を測定するために、５５０ｎｍのパルス色
素レーザ光を用いて活性層のみを選択的に励起し、発生
した蛍光減衰時間を測定する。ＧａＰ電流拡散層４３は
吸収端が５４７ｎｍであり、間接遷移吸収であるため、
励起波長が５５０ｎｍであっても電流拡散層での光吸収
はほとんどなく活性層を効率よく励起できる。この場合
の活性層発光寿命と素子の発光特性の関係は図７に示す
通りであり、これは活性層幅０．６μｍ、活性層のＡｌ
混晶比０．３の場合の測定結果である。

【００７６】このように、ウエハ間では発光寿命がばら
つくことがあり、レーザ素子同様、発光寿命が発光特性
に大きく影響していることがわかった。したがってこの
評価工程において少なくとも蛍光寿命が１５ｎｓ以上の
ウエハのみを以後の工程に移し、それ以下は特性不良と
してロットアウトにすることが望ましい。これにより、
十分な発光特性のよい発光ダイオードが得られる。

【００７７】このような発光寿命のばらつきは成長条件
のずれや成長材科の純度の低下または成長装置の不具合
に起因することが多いために、この結晶性評価工程での
管理によりこれらの素子不良の要因を早急に排除するこ
とができる。

【００７８】このように、結晶性評価工程を通過したウ
エハにのみ、図６（ｂ）のようにその表面側及び裏面側
にそれぞれｐ型電極４、ｎ型電極３をつけて（処理Ｐ
６）、ＬＥＤの素子化工程に入れる。

【００７９】この素子化工程では、ウエハのスクライブ
処理Ｐ７，チップ分割処理Ｐ９により、ＬＥＤチップを
形成し、さらにＬＥＤチップのパルス駆動により素子特
性を確認して良品選別し（処理Ｐ１０）、良品のみをリ
ードフレームにマウントし（処理Ｐ１１ａ）、樹脂モー
ルドを行って（処理Ｐ１２）、発光ダイオードを完成す
る。

【００８０】本実施例においても、上述したのようなプ
ロセスによって、素子化工程に投入するウエハを、結晶
性評価工程で選別することによって、素子化処理後の歩
留まりを向上させ、特性，品質の安定化を図ることがで
きる。

【００８１】（実施例４）図８は、本発明の第４の実施
例によるＡｌＧａＡｓ電流拡散層を持つ高輝度ＬＥＤの
製造方法を説明するための図であり、該製造方法におけ
る主要工程における素子の断面構造を示している。

【００８２】この実施例の高輝度発光ダイオード１０４
は、上記第３の実施例の高輝度発光ダイオード１０３に
おけるｐ型ＧａＰ電流拡散層４３に代えて、ｐ型Ａｌ
_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ電流拡散層４４を用い、該電流拡散層４
４上にｐ型（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）₀ _.5Ｉｎ_0.5Ｐ保護層４５
形成している。また、この実施例では、ｐ型電極４は、
上記保護層４５上にｐ型ＧａＡｓキャップ層４６を介し
て配置している。その他の構成は上記第３の実施例の素
子構造と同一である。

【００８３】次に製造方法について説明する。

【００８４】まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１の前処理Ｐ１を
行った後、該基板１を有機金属気相成長装置に導入し、
図８（ａ）に示すダブルヘテロ型のＬＥＤを構成する発
光層を成長する。

【００８５】すなわち、２インチ又は３インチ径のｎ型
ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＧａＡｓバッファ層２０を成長
し、続いてｎ型Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層４０、ノン
ドープ（Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層４１、ｐ
型Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層４２を順次結晶成長し
（処理Ｐ２）、さらに続いて、ｐ型Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ
電流拡散層４４の結晶成長（処理Ｐ４ｂ）を行い、ｐ型
（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ保護層４５、及びｐ型
ＧａＡｓキャップ層４６の結晶成長を行う。

【００８６】その後、ｐ型ＧａＡｓキャップ層４６を、
ｐ型電極４のパターンとなるように選択的にエッチング
するか（処理Ｐ４ｃ）、あるいはウエハ面内の一部のみ
を部分エッチングしてから、結晶性評価工程に入る。

【００８７】該結晶性評価工程では、上記第３の実施例
の素子構造と同様、蛍光寿命評価用の励起波長は５５０
ｎｍであることが望ましいが、ＧａＡｓキャップ層４６
は５５０ｎｍの波長を吸収するため、発光層に５５０ｎ
ｍの励起波長を到達させるためには、ＧａＡｓキャップ
層を部分エッチングしてから評価工程に移る必要があ
る。ただし、ＧａＡｓキャップ層が〜５００オングスト
ロームと十分薄い場合には励起光吸収率は低くなり、エ
ッチングする必要はない。この場合も、活性層発光寿命
と素子の発光特性の関係は図７に示すようになる。

【００８８】この実施例の高輝度ＬＥＤにおいても、第
３の実施例の素子構造のＬＥＤと同様な特性を示してお
り、発光寿命は発光特性に大きく影響していることがわ
かった。

【００８９】したがってこの評価工程において少なくと
も蛍光寿命が１５ｎｓ以上のウエハのみを以後の工程に
移し、それ以下は特性不良としてロットアウトにするこ
とが望ましい。

【００９０】このような発光寿命のばらつきは成長条件
のずれや成長材科の純度の低下または成長装置の不具合
に起因することが多いために、この結晶性評価工程での
管理によりこれらの素子不良の要因を早急に排除するこ
とができる。

【００９１】その後、上記のように、結晶性評価工程を
通過したウエハのみに対して電極形成処理を施して（処
理Ｐ６）、図８（ｃ）のように、上記キャップ層４６上
にｐ型電極４を形成し、一方基板の裏面側にｎ型電極２
を形成して、ＬＥＤの素子化工程に入れる。このＬＥＤ
の素子化工程では、上記第３の実施例と同様の処理Ｐ７
〜Ｐ１０，Ｐ１１ａ，Ｐ１２により、発光ダイオードが
形成される。

【００９２】本実施例においても、上記のようなプロセ
スによって、素子化工程に投入するウエハを、結晶性評
価工程で選別することによって、素子化処理後の歩留ま
りを向上させ、特性，品質の安定化を図ることができ
る。

【００９３】（実施例５）図９は、本発明の第５の実施
例による、内部に電流ブロック層を持つ高輝度ＬＥＤの
製造方法を説明するための図であり、該製造方法におけ
る主要工程における素子の断面構造を示している。

【００９４】図において、１０５は本実施例の高輝度発
光ダイオードで、そのｎ型ＧａＡｓ基板１上にはｎ型Ｇ
ａＡｓバッファ層２０を介して発光部１０３ａが設けら
れている。この発光部１０３ａは、ノンドープ（Ａｌ
_0.3Ｇａ_0.7）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層４１を、その下側のｎ
型Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ下クラッド層４０と、その上側のｐ
型Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層４２とにより挟み込んで
なる構造を有し、該上クラッド層４２上の中央部分に
は、ｎ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（ｘ＝0.5〜1.
0）電流ブロック層４７が配置されている。

【００９５】そして、電流ブロック層４７及び上クラッ
ド層４２上には、ｐ型Ａｌ_0,7Ｇａ₀ _.3Ａｓ電流拡散層４
４が設けられ、その表面には、ｐ型（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ保護層４５が形成されている。

【００９６】また、この保護層４５上には、ｐ型ＧａＡ
ｓキャップ層４６を介してｐ型電極４が配置され、上記
基板１の裏面側にはｎ型電極２が形成されている。

【００９７】次に製造方法について説明する。

【００９８】まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１の前処理Ｐ１を
行った後、該基板１を有機金属気相成長装置に導入し、
図９（ａ）に示すＬＥＤ用のダブルヘテロ型の発光層を
成長する。

【００９９】すなわち、２インチ又は３インチ径のｎ型
ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＧａＡｓバッファ層２０を結晶
成長し、続いて、ｎ型Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層４
０、ノンドープ（Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層
４１、及びｐ型Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド属４２を順次
結晶成長し（処理Ｐ２）、さらに続いて、ｎ型（Ａｌ_x
Ｇａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ電流ブロック層４７を結晶成長
する。

【０１００】次に、成長基板を結晶成長装置より取り出
し、結晶性評価工程（処理Ｐ２ｃ）に移る。

【０１０１】本実施例の素子構造では、上記第４実施例
におけるキャップ層はないので、エッチング工程なし
に、５５０ｎｍのパルス色素レーザ光は活性層のみを選
択的に励起できる。この場合の活性層発光寿命と素子の
発光特性の関係は、図７に示す通りである。

【０１０２】上記第３及び第４の実施例と違って、本実
施例の素子構造は電極４直下部分には、電流が流れない
ために、外部量子効率が第３及び第４の実施例の構造に
比べて約１．５倍高いが、蛍光寿命とＬＥＤの輝度の対
応は良く、上記第３及び第４実施例の素子と同様に、蛍
光寿命が発光特性に大きく影響していることがわかっ
た。

【０１０３】このように、ウエハ間では、発光寿命がば
らつくことがあり、レーザ素子同様、この評価工程にお
いて少なくとも蛍光寿命が１０ｎｓ以上のウエハのみを
以後の工程に移行させ、それ以下は特性不良としてロッ
トアウトにすることが望ましい。

【０１０４】なお、この実施例では、上記第３，第４の
実施例の素子と比べて、同じ発光寿命値に対する光出力
値が高いため、上記第３，第４の実施例の素子と同じ程
度の輝度を得たい場合は、上記のように発光寿命値が１
０ｎｓ以上のものを良品と判定すればよいが、さらに高
い輝度の素子を得たい場合は、発光寿命値が１５ｎｓ以
上のものを良品と判定するというように、判定基準を高
くする必要がある。

【０１０５】このような発光寿命のばらつきは成長条件
のずれや成長材科の純度の低下または成長装置の不具合
に起因することが多いために、この結晶性評価工程での
管理によりこれらの素子不良の要因を早急に排除するこ
とができる。

【０１０６】そして、図９（ｂ）に示すように、電流ブ
ロック層４７を、後工程で形成されるｐ型電極のパター
ンと同一となるよう選択エッチングした（処理Ｐ２ｄ）
後に、図９（ｃ）のように、ｐ型Ａｌ_0,7Ｇａ_0.3Ａｓ電
流拡散層４４、ｐ型（Ａｌ_0. ₅Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ保
護層４５、ｐ型ＧａＡｓキャップ層４６を順次拮晶成長
する（処理Ｐ４ｂ）。なお、該ｐ型ＧａＡｓキャップ層
４６は、この時点でパターニングして、上記電流ブロッ
ク層４７上にのみ残すようにしてもよい（処理Ｐ４ｃ）
が、ここでは、電極形成後にキャップ層４６のパターニ
ングを行う。

【０１０７】次に、図９（ｄ）のように、上記キャップ
層４６上にｐ型電極４を形成し、基板の裏面側にｎ型電
極３を形成した（処理Ｐ６）後、ｐ型電極３のパターン
と同一になるようにｐ型ＧａＡｓキャップ層４６を選択
エッチングする。

【０１０８】その後は、ＬＥＤの素子化工程にて、上記
第３の実施例と同様の処理Ｐ７〜Ｐ１０，Ｐ１１ａ，Ｐ
１２により、発光ダイオードが形成される。

【０１０９】このように本実施例では、図９（ａ）に示
すようにダブルヘテロ発光層を成長した後、蛍光寿命を
評価する工程を挿入できるために、発光特性が悪いロッ
トが、そのまま時間がかかる再成長工程にまわされるの
を回避して、発光特性のよいダブルヘテロ層を有する基
板のみを無駄なく次工程に流すことができる。これによ
り歩留まりの向上や特性の均一性が図れるのみならず、
装置の稼働率が向上し、生産性の向上とコストダウンに
寄与することができる。

【０１１０】

【発明の効果】以上のように本発明に係る半導体発光素
子の製造方法によれば、発光層の成長工程の終了後にウ
エハ状態で結晶性を評価する工程を設け、この評価工程
にて発光層の蛍光を時分解で測定し、蛍光寿命との間で
相関を有する非発光再結合寿命の値によって結晶性を判
断しウエハの良否を判断するので、生産性に大きな影響
を与える発光層の成長工程での不良を再現性よく、しか
もウエハの形状を破壊することなく早期に発見すること
ができ、素子の良品歩留まりを大幅に向上することがで
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による赤色半導体レーザ
の製造方法を説明するための図であり、上記製造方法に
おける処理の流れを示している。

【図２】上記第１の実施例及び従来技術による赤色半導
体レーザの製造方法の主要工程における素子構造を示す
断面図である。

【図３】上記第１の実施例の製造方法により製造される
赤色半導体レーザの活性層蛍光寿命と発振閾値電流密度
の関係を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施例による赤色半導体レーザ
の製造方法を説明するための図であり、上記製造方法に
おける処理の流れを示している。

【図５】本発明の第２の実施例による赤外半導体レーザ
の製造方法の主要工程における素子構造を示す断面図で
ある。

【図６】本発明の第３の実施例による発光ダイオードの
製造方法の主要工程における素子構造を示す断面図であ
る。

【図７】上記第３の実施例による発光ダイオードの活性
層蛍光寿命とＬＥＤチップ輝度との関係を示す図であ
る。

【図８】本発明の第４の実施例による発光ダイオードの
製造方法の主要工程における素子構造を示す断面図であ
る。

【図９】本発明の第６の実施例による発光ダイオードの
製造方法の主要工程における素子構造を示す断面図であ
る。

【図１０】上記第３，第４，及び第５の実施例の発光ダ
イオードの製造工程における処理の流れをまとめて示す
図である。

【図１１】従来の赤色半導体レーザの製造方法における
処理の流れを示す図である。

【符号の説明】

１ｎ型ＧａＡｓ基板２ｎ型電極３，４ｐ型電極２０ｎ型ＧａＡｓバッファ層２１ｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層２２Ｇａ_0.4Ｉｎ_0.6Ｐ活性層２３ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層２４ＧａＩｎＰエッチストップ層２５ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層
２５２６ｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ薄層２７ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８Ａｌ₂０₃薄膜２９ｎ型ＧａＡｓ電流狭さく層３０ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層３１Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ活性層３２ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層３３ｎ型ＧａＡｓ層電流ブロック層３４ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層３５ｐ型ＧａＡｓコンタクト層４０ｎ型Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層４１ノンドープ（Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性
層４２ｐ型Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層４３ｐ型ＧａＰ電流拡散層４４ｐ型Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ電流拡散層４５ｐ型（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ保護層４６ｐ型ＧａＡｓキャップ層４７ｎ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（ｘ＝0.5〜
1.0）電流ブロック層１０１，１０２半導体レーザ１０１ａ１０２ａ，１０３ａ発光部１０３，１０４，１０５高輝度発光ダイオード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上にエピタキシャル成長によ
り、活性層を含む発光部を形成する工程と、該半導体基板上に形成された活性層をウエハ状態で光励
起し、該活性層からの発光光の減衰時間である蛍光寿命
の測定により、該エピタキシャル成長を行った基板の良
品選別を行う工程と、その後、該良品と判定された基板に対して、素子構造の
形成処理を行う工程とを含む半導体発光素子の製造方
法。
【請求項２】請求項１記載の半導体発光素子の製造方
法において、前記発光部の形成後、前記蛍光寿命の測定を行う前に、
該発光部の表面部分を構成する半導体層の一部を選択的
にエッチング除去する工程を含み、前記蛍光寿命の測定工程では、前記励起光を、該半導体
層のエッチング除去された部分から活性層に導入する半
導体発光素子の製造方法。