JP2006165421A - 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ドライエッチング装置を用いて窒化物半導体をエッチングする際、所望の寸法・形状のリッジ構造などを形成し、諸特性にばらつきが無く、歩留まり良く作製できる窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は、エッチング装置の反応室に生成するプラズマからの発せられる発光スペクトル中で、エッチングガスに含まれる元素から成る原子・分子、又は、エッチングガスに含まれる元素と窒化物半導体薄膜を構成する元素とで構成される分子が発する特定波長の光を検知し、その光の強度の時間変化を観測することで、所望の位置で精度良くエッチングをストップできる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、窒化物半導体レーザ素子とその製造方法に関するものである。

ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどの窒化物半導体は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体やＡｌＧａＩｎＰ系半導体に比べてバンドギャップＥｇが大きく、かつ直接遷移の半導体材料であるという特徴を有している。このため、これらの窒化物半導体は、紫外線から緑色に当たる短波長の光の発光が可能な半導体レーザや、紫外線から赤色まで広い発光波長範囲をカバーできる発光ダイオードなどの半導体発光素子を構成する材料として注目されており、高密度光ディスクやフルカラーディスプレー、さらには環境・医療分野など、広く応用が考えられている。

又、熱伝導性がＧａＡｓ系半導体などよりも高く、高温・高出力動作の素子の応用に期待される。さらに、ＡｌＧａＡｓ系半導体における砒素（Ａｓ）、ＺｎＣｄＳＳｅ系半導体におけるカドミウム（Ｃｄ）などに相当する材料及びその原料（アルシン（ＡｓＨ₃））などを使用しないため、環境への負荷が小さい化合物半導体材料として期待される。

このような窒化物半導体を用いた電子デバイスを製造する際、窒化物半導体は化学的に非常に安定であり、このため、エッチングの実施が容易ではなく、所望のエッチング量と等しく窒化物半導体をエッチングすることは非常に困難である。この問題は、リッジ型導波路構造を有する窒化物半導体レーザ素子において、非常に顕著なものとなる。

上述したリッジ型導波路構造は、複数の窒化物半導体薄膜を積層させて成る窒化物半導体成長層表面にストライプ状のフォトレジストパターンを形成し、引き続きエッチングを実施することで形成される。この場合、リッジ部上部からリッジ部底面部までの距離がエッチング深さに相当する。このエッチング深さを変化させると、リッジ型導波路内外での実効屈折率差が変化する。このことを利用すれば、エッチング深さを調節することで、所望の水平方向の光の導波モードを得ることができる。このため、エッチング深さを正確に所望の値にすることができないと、窒化物半導体レーザ素子の特性が大きく劣化してしまう。

このような窒化物半導体レーザ素子の特性の劣化として、エッチング深さが所望の値より小さい場合には、水平方向の光の閉じ込めが十分でないことに起因する閾値電流密度の上昇や、遠視野像（Far Field Pattern；FFP）の縮小などの問題が発生する。又、エッチング深さが所望の値より大きい場合には、エッチングダメージが活性層まで達することに起因する閾値電流密度の上昇や、スロープ効率の低下、水平方向の光の閉じ込めが強すぎることに起因する遠視野像の拡大などの問題が発生する。いずれにおいても、窒化物半導体レーザ素子を製造する上において、歩留まりを大きく低下させる原因となる。

上述したような問題が発生しないように、窒化物半導体を精度良くエッチングするために、ウエーハ表面に光を照射して反射光を検出することでエッチング深さを制御する方法が提案されている（特許文献１参照）。又、ドライエッチングを実施する際に反応性ガスに酸素などのガスを導入してＡｌＧａＮ層の表面を酸化し、エッチングレートを著しく低下させてエッチングをストップさせる方法が提案されている（特許文献２参照）。又、ドライエッチングを実施している間、プラズマから発光される発光スペクトルにおいて、窒化物半導体を構成する原子から発せられる特定波長の光の強度変化を観測・検知などをすることで、エッチングストップさせるタイミングを決定する方法が提案されている(非特許文献１参照)。

しかしながら、上述した特許文献１に記載の方法でエッチングを実施した場合、反射光を正確に検知・解析することができないため、所望のエッチング深さでエッチングストップすることができない。又、特許文献２に記載の方法でエッチングを実施した場合、ＡｌＧａＮ表面に形成された酸化膜を除去することができず、結果、窒化物半導体レーザ素子を製造する上で歩留まりが低下するなどの問題が生じていた。又、非特許文献１に記載の方法でエッチングを実施した場合、エッチングが進行するに従い、表面に現れる膜種が変わるなどのウエーハ表面の変化に対して観測した光の強度変化が即座に追従せず、時間遅れが生じて所望の位置でエッチングストップすることができないなどの問題が生じていた。
特開２００３−３３８６６２号公報 特開２００３−２２９４１２号公報 Proceeding International Workshop on Nitride Semiconductors IPAP Conference Series1 pp782-785

このようなことから、通常、窒化物半導体をエッチングしてリッジ構造を形成する方法として、予め窒化物半導体膜に対するエッチングレートを測定し、それにエッチング時間をかけることでエッチング量を計算し、所望のエッチング深さが得られるようにエッチングを実施していた。しかしながら、この方法でエッチングを実施すると、所望のエッチング量（以下、設定エッチング量）と実際にエッチングされる量とが異なり、設定エッチング量に対して実際のエッチング量は±１０％程度のばらつきが生じていた。

このように設定エッチング量に対して実際のエッチング量が異なると、所望の寸法・形状のリッジ構造が形成されず、その結果、作製された窒化物半導体レーザ素子の特性に悪影響を与え、歩留まりが大きく低下する原因となる。即ち、図５に示すように、実際にエッチングされる量と設定エッチング量との差と、遠視野像（ＦＦＰ:Far Field Pattern）の水平方向の半値幅との間には密接な関係があり、エッチングされる量と設定エッチング量との差が変化すると、ＦＦＰの水平方向の半値幅はおおよそリニアに変化している。このため、ＦＦＰの水平方向の半値幅の値を設定値と等しくするためには、エッチング量を精密に制御する必要がある。

このような問題を鑑みて、本発明は、ＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)方式などのドライエッチング装置を用いて窒化物半導体をエッチングする際、エッチング装置の反応室に生成するプラズマからの発せられる発光スペクトル中の特定波長の光を検知し、その光の強度の時間変化を観測することで、所望の位置で精度良くエッチングをストップすることで、所望の寸法・形状のリッジ構造を形成し、諸特性にばらつきが無く、歩留まり良く作製できる窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、少なくとも表面が窒化物半導体で構成されている窒化物半導体基板上に少なくとも１種類以上の窒化物半導体薄膜を積層して窒化物半導体成長層を形成する第１ステップと、前記窒化物半導体成長層の一部を除去する第２ステップと、を備えた窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記第２ステップにおいて、前記窒化物半導体成長層の除去はドライエッチングにより行われ、エッチングガスに含まれる元素から成る原子、分子、ラジカル、又は、前記エッチングガスに含まれる元素と前記窒化物半導体薄膜を構成する元素とで構成される分子が発する光を観測・検知することで、前記窒化物半導体成長層内で、ある窒化物半導体薄膜とその表面に成長した別の窒化物半導体薄膜との界面を検知してエッチングを停止することを特徴とする。

又、このような窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記エッチングガスとして、塩素原子を含んで構成される塩素系ガスが含まれているものとして構わない。

又、このような窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記窒化物半導体薄膜を構成するIII族原子として、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂのうち少なくとも１種類の元素を含み、
前記窒化物半導体薄膜を構成するＶ族原子として、Ｎ、もしくは、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂのうち
少なくとも１種類の元素とＮ、が含まれるものとして構わない。

又、このような窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記窒化物半導体薄膜を構成する元素のうち、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂのうち少なくとも１種類の元素と、塩素原子を含んで構成される塩素系ガスに含まれる元素と、から構成される分子が発する光を観測・検知することで、ある窒化物半導体薄膜とその表面に成長した別の窒化物半導体薄膜との界面を検知してエッチングを停止するものとして構わない。

又、このような窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記第２ステップにおいて、前記窒化物半導体成長層の一部を除去してリッジ形状のリッジストライプを形成する際、前記リッジストライプを形成してエッチングを停止するエッチング停止位置が、前記窒化物半導体成長層内にある第１膜であるＡｌｘ₁Ｉｎｙ₁Ｇａｚ₁Ｎ(ｘ₁、ｙ₁、ｚ₁≧０、ｘ₁＋ｙ₁＋ｚ₁＝１、0.05≦ｘ₁＋ｙ₁≦１)と第２膜であるＡｌｘ₂Ｉｎｙ₂Ｇａｚ₂Ｎ(ｘ₂、ｙ₂、ｚ₂≧０、ｘ₂＋ｙ₂＋ｚ₂＝１、0≦ｘ₂＋ｙ₂≦0.25、ｚ₁＜ｚ₂)の界面近傍にあり、前記第１膜及び前記第２膜を構成するＡｌ、Ｇａ、Ｉｎのうち少なくとも１種類の元素と、塩素原子を含んで構成される塩素系ガスに含まれる元素と、から構成される分子が発する光を観測・検知することで、前記界面の検出し、エッチングを停止するものとして構わない。

更に、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、上述したいずれかに記載の前記窒化物半導体レーザ素子の製造方法によって製造されることを特徴とする。

本発明によると、ＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)方式などのドライエッチング装置を用いて窒化物半導体をエッチングする際、エッチング装置の反応室に生成するプラズマから発せられる発光スペクトルで、エッチングガスに含まれる元素から成る原子、分子、ラジカル又は、エッチングガスに含まれる元素と窒化物半導体薄膜を構成する元素とで構成される分子が発する光を検知し、その光の強度の時間変化を観測することで、所望の位置で精度良くエッチングをストップして所望の寸法・形状のリッジ構造を形成し、諸特性にばらつきが無い窒化物半導体レーザ素子を歩留まり良く作製できる。

まず、本明細書において用語の意味を予め明らかにしておく。「窒化物半導体基板」は、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０≦ｚ≦１；ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）から成る基板を意味する。ただし、窒化物半導体基板の窒素元素のうちで、その約１０％以下がＡｓ、Ｐ、またはＳｂの元素で置換されても構わない（但し、基板の六方晶系が維持されている。）。又、窒化物半導体基板中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、ＢまたはＢｅがドーピングされても構わない。更に、ｎ型窒化物半導体としては、これらのドーピング材料のうちでも、Ｓｉ、Ｏ、およびＣｌが特に好ましい。窒化物半導体基板の主面方位としては、Ｃ面｛０００１｝、Ａ面｛１１−２０｝、Ｒ面｛１−１０２｝、Ｍ面｛１−１００｝、または｛１−１０１｝面が好ましく用いられ得る。また、これらの結晶面方位から２°以内のオフ角度を有する基板主面であれば、その表面モホロジーが良好であり得る。

又、窒化物半導体基板上に積層される窒化物半導体薄膜は、III族元素としてＧａ、Ａｌ
、Ｉｎ、Ｂのうち少なくとも１種類を含んでいても構わない。又、Ｖ族元素としてＮ、も
しくはＰ、Ａｓ、Ｓｂの少なくとも１種類とＮ、を含んでいても構わない。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における窒化物半導体基板上に積層された窒化物半導体成長層の構造を示す概略構成図である。

図１に示すように、窒化物半導体成長層１４は、ｎ型ＧａＮを材料とする窒化物半導体基板１の表面に、層厚１μｍのｎ型ＧａＮ層２と、層厚０．７μｍのｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層３と、層厚０．０５μｍのｎ型ＧａＮ光ガイド層４と、層厚８ｎｍ又は２０ｎｍのＩｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎ障壁層が合計４層と層厚４ｎｍのＩｎ_0.08Ｇａ_0.92Ｎ井戸層が３層と層厚５０ｎｍのＧａＮ層から成る多重量子井戸構造発光層５と、層厚２０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎエッチングストップ検出層６と、層厚０．１μｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層７と、層厚０．５μｍのｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層８と、層厚０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層９と、が順に積層されて構成される。尚、本発明においては、窒化物半導体基板としては、窒化物半導体基板１の材料にｎ型のＧａＮ基板を用いたが、この材料に限定されるものではなく、ｐ型のＧａＮ基板、半絶縁性のＧａＮ基板、Ａｌ_1-xＧａ_xＮ（０≦ｘ≦１）基板などを用いても構わない。

次に、上述の窒化物半導体成長層１４の製造方法を説明する。以下の説明ではＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相蒸着法）を用いた場合を示しているが、エピタキシャル成長できる成長法であれば、ＭＯＣＶＤ法に限定されるものではなく、ＭＢＥ法（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ法）、ＨＤＶＰＥ法（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライドＶＰＥ法）等、他の気相成長法を用いても構わない。

窒化物半導体基板１をＭＯＣＶＤ装置の成長炉内の所定のサセプタ上に設置し、キャリアガスとして、Ｎ₂とＮＨ₃をそれぞれ５ｌ／ｍｉｎ流しながら、サセプタ温度を１０５０℃まで昇温する。昇温が終われば、キャリアガスをＮ₂からＨ₂に代えて、Ｇａの原料としてトリメチルガリウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ：ＴＭＧ）を１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ₄を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎとして成長炉内に供給し、ｎ型ＧａＮ層２を１μｍ成長させる。その後、ＴＭＧを５０μｍｏｌ／ｍｉｎに減少し、Ａｌの原料としてトリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃）₃Ａｌ：ＴＭＡ）を４０μｍｏｌ／ｍｉｎとして成長炉内に供給して、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層３を０．７μｍ成長させる。ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層３の成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎに増加し、ｎ型ＧａＮ光ガイド層４を０．０５μｍ成長させる。その後、ＴＭＧ、ＳｉＨ₄の供給を停止して、キャリアガスをＨ₂からＮ₂に代え、サセプタ温度を７００℃まで降温し、インジウムの原料としてトリメチルインジウム（（ＣＨ₃）₃Ｉｎ：ＴＭＩ）を２０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎとして成長炉内に供給し、Ｉｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎから成る２０ｎｍ厚の障壁層を成長させる。次に、ＴＭＩの供給量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに増加し、Ｉｎ_0.08Ｇａ_0.92Ｎから成る４ｎｍ厚の井戸層を成長させる。次に、ＴＭＩを２０μｍｏｌ／ｍｉｎに減少し、ＴＭＧを１５μｍ／ｍｉｎで供給しＩｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎから成る８ｎｍ厚の障壁層を成長させる。以下、同様にして４ｎｍ厚の井戸層と８ｎｍ厚の障壁層を、井戸層／障壁層／井戸層の順で成長させる。引き続き、ＴＭＩを２０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎで成長炉内に供給し、Ｉｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎから成る２０ｎｍ厚の障壁層を成長させる。その後、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎに増加し、ＴＭＩの供給を停止し、５０ｎｍのＧａＮ層を成長させる。このようにして、多重量子井戸発光層５は、障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層／ＧａＮ層の順序で形成される。

多重量子井戸発光層５の形成されると、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止し、サセプタ温度を１０５０℃まで昇温して、キャリアガスをＮ₂からＨ₂に代えて、ＴＭＧを５０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡを３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｐ型ドーパントであるＭｇの原料としてビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ₂Ｈ₅Ｃ₅Ｈ₄）₂Ｍｇ：ＥｔＣｐ₂Ｍｇ）を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎで成長炉内に供給し、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎエッチングストップ検出層６を２０ｎｍ成長させる。ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎエッチングストップ検出層６の成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧの供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに増加し、ｐ型ＧａＮ光ガイド層７を０．１μｍ成長させる。引き続き、ＴＭＧの供給を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに減少し、ＴＭＡを４０μｍｏｌ／ｍｉｎで成長炉内に供給し、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層８を０．５μｍ成長させ、次に、ＴＭＧの供給を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに増加し、ＴＭＡの供給を停止し、ｐ型ＧａＮコンタクト層９を０．１μｍ成長させて、窒化物半導体レーザ素子の半導体積層膜の成長を終了する。その後、ＴＭＧおよびＥｔＣｐ₂Ｍｇの供給を停止して降温する。このようにして、表面に窒化物半導体成長層１４の形成された窒化物半導体基板１（ウエーハ）が得られる。

上述のようにして窒化物半導体基板１上に窒化物半導体成長層１４を形成した後、窒化物半導体レーザ素子の作製を行う。以下に、図面を参照し、窒化物半導体レーザ素子の作製方法を説明する。図２は本実施形態における窒化物半導体レーザ素子の多層構造を示す概略構成図である。

まず、通常のフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて、幅略２μｍのリッジストライプ構造を形成するように、ｐ型ＧａＮコンタクト層９とｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層８とｐ型ＧａＮ光ガイド層７をエッチングして除去する。引き続き、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎエッチングストップ検出層６の一部をエッチングしてエッチングストップする。尚、本実施形態において、ドライエッチングに用いる反応性ガスとしてＳｉＣｌ₄を用いるものとするが、これに限定されるものではなく、ＢＣｌ₃などの塩素を含有する他のガスを用いても構わない。

このようにエッチングを実施する際、ドライエッチング装置が備えるプラズマ発光観測用のビューポート部分に分光器の入射口を直接接続するか、光ファイバーなどを用いることにより、ドライエッチング装置の反応炉（チャンバー）内に生成されたプラズマからの光を分光器の入射口に導入する。そして特定の波長の光の強度変化を観測・検知する。その観測光の強度変化を検知することで、エッチングをストップさせるタイミングが分かる。図３に、窒化物半導体成長層１４を途中でエッチングを止めることなく、継続してエッチングした場合の分光した特定波長の光の強度の時間変化を示している。図に示すように、エッチング時間が２４０秒の時点で、発光強度を示す曲線は凸状となり、特異な変化を示している。この凸状の変化が起こった時点でエッチングをストップしたところ、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎエッチングストップ検出層６にエッチングが達していることが分かった。

又、本実施形態においてプラズマからの発光を分光して観測する光の波長は２６０ｎｍである。この波長の光は、ＡｌＣｌラジカルから発せられた光であると考えられる。通常、観測する光としてＧａ、Ａｌなど窒化物半導体を構成する原子が発する光が考えられるが、このような原子からの発光の強度変化を観測・検知することでエッチングストップのタイミングを決定した場合、発光強度を示す曲線の変化が、常に一定というわけではなく、安定性と確実性に欠けていた。更に、窒化物半導体を構成する原子からの発光の強度変化を観測・検知することでエッチングストップのタイミングを決定した場合、エッチングが進行するに従い、表面に現れる膜種が変わるなどのウエーハ表面の変化に対して観測した光の強度変化が即座に追従せず、時間遅れが生じて所望の停止位置でエッチングストップすることができないときがある。

このような問題に対して、本発明者らは、Ｇａ、Ａｌなど窒化物半導体を構成する原子ではなく、ＡｌＣｌやＣｌ₂などようにエッチングに用いる反応性ガスからの発光、もしくは反応性ガスと窒化物半導体を構成する原子が反応し生成された副生成物からの発光を観測・検知することで、エッチングストップするタイミングを正確に判定することが可能であることを見出した。

上述したようにエッチングに用いる反応性ガスからの発光、もしくは反応性ガスと窒化物半導体を構成する原子が反応し生成された副生成物からの発光を観測・検知することで、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎエッチングストップ検出層６でエッチングをストップすることができる。図４は、実際にｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎエッチングストップ検出層６でエッチングをストップした場合の、発光強度曲線である。エッチング時間が２３５秒経過した時点で凸状の特異な変化が発生した。本発明では、発光強度の変化が顕著に判定できるように、５秒間オーバーエッチングを行ったが、これは、発光強度の波形の変化を明確に示すためであり、通常は、発光強度の変化が顕著に判定できたら即座にエッチングは停止している。

このようにプラズマから発せられる光の強度変化を観測・検知することによって、エッチングストップをする時を正確に捉えるには、上述したＡｌＣｌの波長２６０ｎｍの光だけではなく、ＣＣｌの波長２５８ｎｍの光、Ｃｌ₂の波長２５６ｎｍの光、でも構わない。又、窒化物半導体にIII族構成元素としてＢ（ボロン）を含む場合にはＢＣｌの波長２６
７の光でも構わない。更に、エッチングに用いるために反応炉（チャンバー）に供給される反応性ガスにＣＦ₄、Ｃ₄Ｆ₈などのフロロカーボンが含まれる場合、ＣＦの波長２５６ｎｍの光、ＣＦ₂の波長２５２ｎｍ、２５５ｎｍ、２６０ｎｍ、２６３ｎｍなどの光を観測・検知することで、正確にエッチングストップするタイミングを判定することができる。

このようにエッチングに用いる反応性ガスからの発光、もしくは反応性ガスと窒化物半導体を構成する原子が反応し生成された副生成物からの発光を観測・検知することで、正確にエッチングストップするタイミングを判定し、所望のエッチング深さに制御することが可能となる。更に、エッチングされる膜については、上述した組成比の膜に限定されるわけではなく、エッチングを停止する位置がＡｌｘ₁Ｉｎｙ₁Ｇａｚ₁Ｎ(ｘ₁、ｙ₁、ｚ₁≧０、ｘ₁＋ｙ₁＋ｚ₁＝１、0.05≦ｘ₁＋ｙ₁≦１)とＡｌｘ₂Ｉｎｙ₂Ｇａｚ₂Ｎ(ｘ₂、ｙ₂、ｚ₂≧０、ｘ₂＋ｙ₂＋ｚ₂＝１、0≦ｘ₂＋ｙ₂≦0.25、ｚ₁＜ｚ₂)との２種類の膜の界面近傍にあると、エッチングが進行して２種類の膜の界面を横切る際、観測・検知する光の強度変化が大きく、エッチングストップするタイミングを精度良く判定することが可能となる。

上述したようにドライエッチング技術を用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層９とｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層８とｐ型ＧａＮ光ガイド層７と、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎエッチングストップ検出層６の一部とを、エッチングしてリッジストライプ１５を形成する。このリッジストライプ１５は図２に示すようにストライプ状に共振器方向に延びている。そして、リッジストライプ１５形成後、リッジストライプ１５上部を除く窒化物半導体成長層１４の表面に、電流狭窄のための絶縁層としてＳｉＯ₂層１０を形成する。次に、図２に示すように、パラジウム（Ｐｄ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）を順次蒸着した後、ｐ型ＧａＮコンタクト層９との間でオーミック接触が得られるように高温で電極の合金化を行い、ｐ型電極１１を形成する。

次に、窒化物半導体基板１（ウエーハ）の裏面側の一部を研削や研磨により除去し、窒化物半導体基板１の厚みが１００μｍ程度になるまで薄くする。そして、この研削や研磨が行われた窒化物半導体基板１の裏面に、ハフニウム（Ｈｆ）、アルミニウム（Ａｌ）から成るｎ型電極１２を形成し、窒化物半導体基板１との間でオーミック接触が得られるように高温で電極の合金化を行う。引き続き、ｎ型電極１２の表面にモリブデン（Ｍｏ）、プラチナ（Ｐｔ）、金（Ａｕ）からなるメタライズ層１３を形成する。

このようにして形成されたウエーハを、スクライブ装置を用い、リッジストライプ１５が延在する方向と垂直な方向に沿ってへき開することで、リッジストライプ１５が延在する方向と平行な方向である共振器方向の長さである共振器長が６００μｍであるバー(図示せず)に分割する。分割されたバーの前後両方の端面に、絶縁体コーティング保護膜を形成する。分割されたバーの端面の一方に反射率９５パーセントのＨＲ（High Reflection）コーティングを、反対側の端面に、反射率５パーセントのＡＲ（Anti Reflection）コーティングを実施した。本実施形態では、ＨＲコーティングの材料にはＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂の多層膜を用いるとし、ＡＲコーティングの材料にはＡｌ₂Ｏ₃を用いるとするが、コーティングの材料として、上述した材料以外の材料を用いても構わない。例えば、ＳｉＮ、ＺｒＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、ＭｇＦ₂等の誘電体を単層または、複数層用いても構わない。

更にバーから窒化物半導体レーザ素子を１つずつ分割する。このようにして形成した窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに搭載し、窒化物半導体レーザ装置が得られる。このように作製した窒化物半導体レーザ素子の光出力特性を評価したところ、ＦＦＰの半値幅の値が非常にそろっており、バラツキがほとんどなかった。

又、走査型電子顕微鏡（SEM:Scanning Electron Microscope）によって窒化物半導体レーザ素子の断面を観察したところ、本実施形態における方法を用いてドライエッチングを実施してリッジストライプ１５を形成した場合、全てのウエーハにおいてエッチングストップ位置が層厚０．０２μｍのｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎエッチングストップ検出層内に収まっており、従来技術を用いた場合と比較して、エッチングストップ位置のばらつきが大きく改善しており、結果、１ウエーハ上に作製された窒化物半導体レーザ素子の数に対して、得られる良品の素子数の割合を示す歩留まりの値が大きく改善した。

本発明の実施形態における窒化物半導体基板上に積層された窒化物半導体成長層の構造を示す概略構成図である。 本発明の実施形態における窒化物半導体レーザ素子の多層構造を示す概略構成図である。 本発明の実施形態における特定波長の光の強度の時間変化図である。 本発明の実施形態における特定波長の光の強度の時間変化図である。 エッチングした量と設定エッチング量との差と、ＦＦＰの水平方向の半値幅の相関図である。

符号の説明

１ 窒化物半導体基板
２ ｎ型ＧａＮ層
３ ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層
４ ｎ型ＧａＮ光ガイド層
５ 多重量子井戸構造発光層
６ ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎエッチングストップ検出層
７ ｐ型ＧａＮ光ガイド層
８ ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層
９ ｐ型ＧａＮコンタクト層
１０ ＳｉＯ₂層
１１ ｐ側電極
１２ ｎ側電極
１３ メタライズ層
１４ 窒化物半導体成長層
１５ リッジストライプ

Claims (6)

1. 少なくとも表面が窒化物半導体で構成されている窒化物半導体基板上に少なくとも１種類以上の窒化物半導体薄膜を積層して窒化物半導体成長層を形成する第１ステップと、前記窒化物半導体成長層の一部を除去する第２ステップと、を備えた窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、
   前記第２ステップにおいて、
   前記窒化物半導体成長層の除去はドライエッチングにより行われ、エッチングガスに含まれる元素から成る原子、分子、ラジカル、又は、前記エッチングガスに含まれる元素と前記窒化物半導体薄膜を構成する元素とで構成される原子、分子、ラジカルが発する光を観測・検知することで、前記窒化物半導体成長層内で、ある窒化物半導体薄膜とその表面に成長した別の窒化物半導体薄膜との界面を検知してエッチングを停止することを特徴とする窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
2. 前記エッチングガスとして、塩素原子を含んで構成される塩素系ガスが含まれていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
3. 前記窒化物半導体薄膜を構成するIII族原子として、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂのうち少なく
   とも１種類の元素を含み、前記窒化物半導体薄膜を構成するＶ族原子として、Ｎ、もしく
   は、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂのうち少なくとも１種類の元素とＮ、が含まれることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
4. 前記窒化物半導体薄膜を構成する元素のうち、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂのうち少なくとも１種類の元素と、塩素原子を含んで構成される塩素系ガスに含まれる元素と、から構成される分子が発する光を観測・検知することで、ある窒化物半導体薄膜とその表面に成長した別の窒化物半導体薄膜との界面を検知してエッチングを停止することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
5. 前記第２ステップにおいて、
   前記窒化物半導体成長層の一部を除去してリッジ形状のリッジストライプを形成する際、
   前記リッジストライプを形成してエッチングを停止するエッチング停止位置が、前記窒化物半導体成長層内にある第１膜であるＡｌｘ₁Ｉｎｙ₁Ｇａｚ₁Ｎ(ｘ₁、ｙ₁、ｚ₁≧０、ｘ₁＋ｙ₁＋ｚ₁＝１、0.05≦ｘ₁＋ｙ₁≦１)と第２膜であるＡｌｘ₂Ｉｎｙ₂Ｇａｚ₂Ｎ(ｘ₂、ｙ₂、ｚ₂≧０、ｘ₂＋ｙ₂＋ｚ₂＝１、0≦ｘ₂＋ｙ₂≦0.25、ｚ₁＜ｚ₂)の界面近傍にあり、
   前記第１膜及び前記第２膜を構成するＡｌ、Ｇａ、Ｉｎのうち少なくとも１種類の元素と、塩素原子を含んで構成される塩素系ガスに含まれる元素と、から構成される分子が発する光を観測・検知することで、前記界面の検出し、エッチングを停止することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の前記窒化物半導体レーザ素子の製造方法を用いて作製される窒化物半導体レーザ素子。

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