(57)【要約】【課題】ウエハ面内における膜厚のばらつきを抑制し、安定した品質の窒化物半導体素子を効率的に製造することができる製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】成長基板上に窒化物半導体層を形成してウエハを得る積層工程と、前記ウエハを窒化物半導体層側から膜厚方向に一部除去して複数の溝部を形成する溝部形成工程と、前記複数の溝部に埋込層を形成する工程と、前記成長基板側から一部の埋込層の底面を露出させ、一部の埋込層の底面は成長基板又は窒化物半導体層により被覆された状態にする第１工程と、該第１工程で露出させた底面とは異なる底面を露出させる第２工程と、からなる除去工程と、を具備する。【選択図】図１
2010192824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長基板上に窒化物半導体層を形成してウエハを得る積層工程と、
前記ウエハを窒化物半導体層側から膜厚方向に一部除去して複数の溝部を形成する溝部形成工程と、
前記複数の溝部に埋込層を形成する工程と、
前記成長基板側から一部の埋込層の底面を露出させ、一部の埋込層の底面は成長基板又は窒化物半導体層により被覆された状態にする第１工程と、該第１工程で露出させた底面とは異なる底面を露出させる第２工程と、からなる除去工程と、
を具備する窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記除去工程は、化学機械研磨により行われる請求項１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記埋込層は、窒化シリコン、酸化ニオブ、酸化シリコンのいずれか１つを含む材料で形成され、前記除去工程はアルカリ性溶媒を用いて行われる請求項１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記成長基板は窒化物半導体又はシリコンからなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１工程において、前記ウエハの外周部における厚さが、中心部における厚さよりも薄くなるように研磨する１乃至４のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記第２工程において、前記ウエハの外周部における厚さを保持したまま、前記ウエハの中心部と外周部の膜厚差が小さくなるように研磨する請求項５に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記積層工程は、前記成長基板上に、第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層の順に窒化物半導体層を積層し、前記溝部形成工程において、第１導電型半導体層が露出するように窒化物半導体層を除去する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記窒化物半導体素子は、前記除去工程により露出された面及び前記窒化物半導体層の表面を共振器面とする垂直共振器型面発光レーザである請求項１乃至７のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記除去工程の後、除去工程で露出した面を除去するエッチング工程を具備する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１導電型半導体層はＡｌ含有層を有し、成長基板及び該Ａｌ含有層よりも成長基板側の第１導電型半導体層は、Ａｌ含有層よりも低混晶のＡｌを含有するかＡｌを含有せず、前記溝部形成工程において前記Ａｌ含有層よりも深く溝部を形成し、前記エッチング工程においてＡｌ含有層を露出させる請求項９に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記窒化物半導体素子は、前記エッチング工程により露出された面及び前記窒化物半導体層の表面を共振器面とする垂直共振器型面発光レーザである請求項９又は１０に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造方法に関するものであり、特に窒化物半導体素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、０≦ｘ＋ｙ≦１）の窒化物半導体を用いた素子として、窒化物半導体発光素子（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、光検出器（ＰＤ）等の研究が進められている。
窒化物半導体素子を製造する方法としては、通常、成長基板に窒化物半導体層及び電極等を形成し、得られたウエハを複数のチップに分割して素子が得られる。
また、成長基板上に窒化物半導体層及び電極等を形成した後、半導体層側に別の支持基板が設けられ、成長基板は除去される場合もある（例えば、特許文献１乃至４）。
また、垂直共振器型面発光レーザにおいては、成長基板が除去された後、露出した半導体層表面に、ブラッグ反射器が形成されるものもある（例えば、特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９６６９３号公報
【特許文献２】特開２００４−９５９５９号公報
【特許文献３】特開２００５−３３３１３０号公報
【特許文献４】特開２００６−１３５３２１号公報
【特許文献５】特開２００３−２３４５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、窒化物半導体素子は、工程の大部分をウエハ状態で製造されるため、効率よく素子を製造するには、ウエハ面内でのばらつきを抑えることが重要となる。通常、成長基板は特許文献１乃至５のように除去されるか、研磨等により薄膜化されることが多い。このとき、ウエハ面内において加工後の膜厚にばらつきが生じやすい。また、窒化物半導体素子の量産性を向上させるためには、大きなウエハを用いることが効果的であるが、ウエハが大きくなるほどこのような傾向が現れやすくなる。ウエハ面内での厚さのばらつきは、素子特性のばらつきやそれによる歩留まりの低下などの問題を引き起こす。
また、垂直共振器型面発光レーザでは、窒化物半導体で高い反射率を有するブラッグ反射器を得ることは困難であるため、特許文献５のように、誘電体材料からなるブラッグ反射器が用いられる。その場合、成長基板を除去した後にブラッグ反射器が形成される。垂直共振器型面発光レーザでは、共振器長のずれがレーザ特性に大きく影響を与えるため、成長基板除去後の膜厚の制御による共振器長の決定が重要となる。すなわち、垂直共振器型面発光レーザにおいては、上述したようなウエハ面内での膜厚の面内分布の制御もより高い精度で行うことが求められる。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ウエハ面内における膜厚のばらつきを抑制し、安定した品質の窒化物半導体素子を効率的に製造することができる製造方法を提供することを目的とする。また、垂直共振器型面発光レーザにおいて、共振器長の制御を好適に行い、高効率の垂直共振器型面発光レーザを製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、成長基板上に窒化物半導体層を形成してウエハを得る積層工程と、ウエハを窒化物半導体層側から膜厚方向に一部除去して複数の溝部を形成する溝部形成工程と、複数の溝部に埋込層を形成する工程と、成長基板側から一部の埋込層の底面を露出させ、一部の埋込層の底面は成長基板又は窒化物半導体層により被覆された状態にする第１工程と、第１工程で露出させた底面とは異なる底面を露出させる第２工程と、からなる除去工程と、を具備することを特徴とする。
除去工程は、化学機械研磨により行われることが好ましい。
埋込層は、窒化シリコン、酸化ニオブ、酸化シリコンのいずれか１つを含む材料で形成され、除去工程はアルカリ性溶媒を用いて行われることが好ましい。
成長基板は窒化物半導体又はシリコンからなることが好ましい。
第１工程において、ウエハの外周部における厚さが、中心部における厚さよりも薄くなるように研磨してもよい。
第２工程において、ウエハの外周部における厚さを保持したまま、ウエハの中心部と外周部の膜厚差が小さくなるように研磨してもよい。
積層工程は、成長基板上に、第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層の順に窒化物半導体層を積層し、溝部形成工程において、第１導電型半導体層が露出するように窒化物半導体層を除去することもできる。
窒化物半導体素子は、除去工程により露出された面及び窒化物半導体層の表面を共振器面とする垂直共振器型面発光レーザとしてもよい。
除去工程の後、除去工程で露出した面を除去するエッチング工程を具備することもできる。
第１導電型半導体層はＡｌ含有層を有し、成長基板及び該Ａｌ含有層よりも成長基板側の第１導電型半導体層は、Ａｌ含有層よりも低混晶のＡｌを含有するかＡｌを含有せず、溝部形成工程においてＡｌ含有層よりも深く溝部を形成し、エッチング工程においてＡｌ含有層を露出させることもできる。
窒化物半導体素子は、エッチング工程により露出された面及び窒化物半導体層の表面を共振器面とする垂直共振器型面発光レーザとしてもよい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の窒化物半導体素子の製造方法によれば、ウエハの薄膜化もしくは成長基板除去工程後のウエハ面内における膜厚のばらつきを抑制し、安定した品質の窒化物半導体素子を効率的に製造することができる製造方法を提供することができる。また、垂直共振器型面発光レーザにおいて、精度よく共振器長の制御を行うことができ、高効率の垂直共振器型面発光レーザを製造することができる製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係る垂直共振器型面発光レーザの模式断面図
【図２】本発明の実施形態に係る垂直共振器型面発光レーザの製造工程を説明する模式図
【図３】本発明の実施形態に係る垂直共振器型面発光レーザの製造工程を説明する模式図
【図４】本発明の実施形態に係る垂直共振器型面発光レーザの製造工程を説明する模式図
【図５】本発明の別の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の模式断面図
【図６】本発明の別の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造工程を説明する模式図
【図７】本発明の別の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造工程を説明する模式図
【図８】本発明の実施例に係る垂直共振器型面発光レーザの模式断面図
【図９】本発明の実施例に係る垂直共振器型面発光レーザの製造工程を説明する模式図
【図１０】本発明の実施例に係る垂直共振器型面発光レーザの製造工程を説明する模式図
【図１１】本発明の実施例に係る垂直共振器型面発光レーザの製造工程を説明する模式図
【図１２】本発明の実施例に係る垂直共振器型面発光レーザの模式断面図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
まず、図２乃至４を用いて本発明を構成する各工程について説明する。
＜積層工程＞
図２（ａ）に示すように、成長基板１０上に窒化物半導体層２０を積層してウエハ１５を得る。窒化物半導体層の成長方法は、特に限定されず、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）など、窒化物半導体の成長方法として知られている方法を用いることができる。
＜溝部形成工程＞
図２（ｂ）に示すように、積層工程において得られたウエハ１５の窒化物半導体層側から膜厚方向に一部除去して複数の溝部３０を形成する。本発明では、この溝部の深さに対応して最終的なウエハの厚みを決定することもできる。そのため、複数の溝部は略同じ深さで形成され、ウエハ面内において他の溝部も略同じ深さで形成することが好ましい。これにより、ウエハ面内での膜厚分布を抑制することが可能になる。また、この工程により垂直共振器型面発光レーザの共振器長を決定することもできる。つまり、形成した溝部の深さに対応する、窒化物半導体層表面から溝部底面までの厚みを共振器長とすることができる。そのため、溝部の深さを制御することで好適に共振器長を制御することができる。
溝部３０の底面は、窒化物半導体層２０または成長基板１０が露出するように形成されるが、第１導電型半導体層が露出しているものが好ましい。これにより、成長基板の導電性にかかわらず、対向電極構造とすることができ、素子の小型化や光取り出し効率の向上が見込まれる。
【０００９】
また、溝部を設けることで、窒化物半導体層表面の素子領域を規定することができる。つまり、溝部形成工程において窒化物半導体層が残された領域を素子領域とし、溝部領域でウエハを分割して各素子を得ることもできる。また、このときに必ずしも各溝部領域でウエハを分割することには限定されず、素子領域以外の領域で任意にウエハを分割することができる。例えば、複数の素子領域をもつような垂直共振器型面発光レーザアレイとしてもよい。
【００１０】
溝部の形成は、当該分野で公知の方法を用いて行うことができ、エッチング（ドライエッチング、ウェットエッチング）、ブラスト、スクライブ（カッタースクライブ、レーザスクライブなど）又はダイシング等が挙げられる。その中でも、エッチングで行うことが好ましい。
【００１１】
ウェットエッチングは、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液、リン酸、硫酸、王水等の酸性溶液等に、窒化物半導体層を所定時間浸漬するなどして、エッチャントに晒すことにより行うことができる。
【００１２】
ドライエッチングは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）エッチング、イオンビームエッチング等を利用して行うことができる。いずれにおいてもエッチングガス（例えば、ＣＦ4のようなフッ素系、Ｃｌ2、ＣＣｌ4、ＳｉＣｌ4のような塩素系、ＨＩのようなヨウ素系ガスの単独又は混合ガス）を適宜選択すればよい。ドライエッチングする際、エッチングガスの種類を含むエッチング条件（ガス流量、ＲＦパワー、圧力、温度、エッチング時間等）は、適宜調整して決定することができる。
【００１３】
さらに好ましくは、マスクを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）であり、その理由としては、マスクのパターンによって自由に溝部形成領域や素子領域を決めることができ、溝部の深さについても所望の深さに制御することが比較的容易であるためである。具体的なエッチング方法は特に限定されず、例えば、窒化物半導体層表面に、所定のマスクパターンを形成し、このマスクパターンをマスクとしてエッチングする方法が挙げられる。マスクパターンは、レジスト、ＳｉＯ2等の絶縁体等を、フォトリソグラフィ及びエッチング工程等の公知の方法により、適当な形状にパターニングすることにより形成することができる。マスクパターンの形状は特に限定されず、マスクパターンを素子領域と対応させる場合は、所望の特性を得るために、円、楕円、矩形等を選択できる。
【００１４】
＜埋込形成工程＞
図２（ｃ）に示すように、ウエハ１５に設けられた複数の溝部３０に埋込層４０を形成する。埋込層の膜厚は、研磨時の面内分布や埋込層と窒化物半導体層との選択比等を考慮して決定することができるが、少なくとも溝部の底面を被覆するように埋込層を形成し、溝部底面から１００ｎｍ以上の膜厚で形成されることが好ましい。これにより、研磨時のストップ層としての機能を果たすことができる。また、埋込層の膜厚は、溝部の深さにもよるが、１００〜６０００ｎｍ程度が挙げられる。また、支持基板と接合する場合には、埋込層は溝部全体を充填するように形成されることが好ましく、具体的には、窒化物半導体層の表面と同程度の高さに形成される、もしくは窒化物半導体層表面に形成された電極の表面と同程度の高さに形成されることが好ましい。埋込層と窒化物半導体層や電極との表面を段差なく形成することで、その後のデバイス工程を容易に行うことができる。また、段差により意図せず隙間が設けられることで屈折率分布の変化などによる素子特性の悪化が懸念されるが、これを防ぐことができる。
【００１５】
埋込層の形成方法は特には限定されず、当該分野で公知の方法を用いて形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法等が挙げられる。またはこれらの方法の２種以上を組み合わせる方法、あるいはこれらの方法と、全体又は部分的な前処理、不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ等）又はプラズマの照射、酸素もしくはオゾンガス又はプラズマの照射、酸化処理（熱処理）、露光処理のいずれか１種以上とを組み合わせる方法等、種々の方法を利用することができる。
【００１６】
＜除去工程＞
図２（ｄ）乃至図３（ｇ）に示すように、得られたウエハ１５から埋込層４０の底面を露出させる除去工程を行う。形成した埋込層４０の底面が窒化物半導体層中にある場合は、成長基板１０及び窒化物半導体層２０の一部を除去し、埋込層４０の底面が成長基板中にある場合は、成長基板１０の一部を除去する。なお、この工程以降は、成長基板側を上方として加工を行う。
なお、本明細書において、「上」という用語は直上のみならず上方という意味・内容を包含する。
埋込層４０の底面を露出させるにあたって、図３（ｅ）に示すように、まず大まかに成長基板１０を除去する。ここでの成長基板の除去は、特に限定されず、当該分野で公知の方法により行うことができる。例えば、レーザリフトオフ法、研削、研磨、エッチング等を利用することができ、これらの方法を組み合わせてもよい。
【００１７】
＜第１工程＞
続いて、図３（ｆ）に示すように、成長基板側から一部の埋込層４０の底面を露出させ、一部の埋込層４０の底面は成長基板１０又は窒化物半導体層２０により被覆された状態にする第１工程を行う。先に形成された埋込層によって、埋込層の底面が露出したところで露出領域では研磨が停止し、露出領域の窒化物半導体層は埋込層の底面と略同じ面で保持される。ここで、露出された埋込層近傍の窒化物半導体層及び露出された埋込層に挟まれる領域の窒化物半導体層を露出領域とする。
【００１８】
第１工程において露出される埋込層の底面のウエハ内での位置や領域については特に限定されない。除去工程時のウエハの載置状態やウエハの反りの状態を考慮して適宜設定することができる。ウエハ中心部付近のみ露出させるように研磨してもよいし、ウエハ外周部のみ露出させるように研磨してもよいし、中心から外周までの間で任意の領域を露出させてもよいし、これらを組み合わせてもよい。
【００１９】
また、被覆される埋込層の底面についてもウエハ内での位置や領域については特に限定されない。露出領域と同様に、ウエハ中心部付近のみ被覆されていてもよいし、ウエハ外周部のみ被覆されていてもよいし、中心から外周までの間の任意の領域が被覆されていてもよいし、これらを組み合わせてもよい。また、被覆領域を形成する成長基板又は窒化物半導体層の被覆膜厚についても特に限定されない。この後の第２工程において除去される領域である場合は、垂直共振器型面発光レーザの場合は６μｍ以内、窒化物半導体発光素子の場合は１０μｍ以内とすることが好ましい。この範囲であれば、第２工程の研磨時に研磨条件等の調整がなくても容易に成長基板や窒化物半導体層を除去して埋込層の底面を露出させることができ好ましい。
また、被覆領域内で被覆された膜厚に分布があってもよい。具体的には、ウエハ外周部に向かって徐々に又は段階的に膜厚が厚くなる形態、ウエハ中心部に向かって徐々に又は段階的に膜厚が厚くなる形態、ウエハ内の任意の領域で徐々に又は段階的に膜厚の分布があるような形態としてもよい。
また、露出領域と被覆領域の割合についても特に限定されない。好ましくは、ウエハ面積の１〜５０％程度が第１工程で露出されることが好ましい。
【００２０】
本発明では、図３（ｅ）のようなウエハの外周部における厚さが中心部における厚さよりも薄いウエハにおいて、図３（ｆ）のようにウエハ外周部近傍に露出領域を形成し、それよりも内側の領域が被覆領域となるようにウエハの外周部における厚さが中心部における厚さよりも薄くなるように研磨する形態が挙げられる。このとき被覆領域においてはウエハ中心に近づくにつれて被覆膜厚が厚くなるように研磨することが好ましい。これにより、研磨液であるスラリーが面内全体に効率よく供給されるためである。またこのとき、露出領域はウエハ外周から１〜５ｍｍ程度にわたって（ウエハ面積の１０％以下程度）形成され、被覆領域の最も厚い箇所でも１０μｍ程度以下となるようにすることが好ましい。このような形態とすると、後述する第２工程でもそのまま研磨を進めるだけで第１工程で露出した以外の埋込層の底面を露出させることができ、簡便な方法で均一な厚みのウエハを得ることができる。
また、別の例としては、図７（ｆ）に示すように、ウエハの片側を露出領域とし、もう一方の側を被覆領域となるようにする。また、被覆領域においては露出領域から遠ざかるにつれて被覆膜厚が厚くなるように研磨することが好ましい。このような形態とすると、第２工程で他方の側を研磨することでウエハ全体の埋込層の底面を露出させることができ、簡便な方法で均一な厚みのウエハを得ることができ好ましい。
また、ウエハの形状は一般的には円形で形成されることが多いが、矩形に切り出されている場合や不定形なウエハを用いた場合には、除去工程を行う場合に、角から窒化物半導体の除去が進み、面内分布がより顕著に現れやすい。このような場合にも本発明の製造方法は有効である。
【００２１】
第１工程における除去方法としては、研磨若しくはエッチングを用いることができる。具体的な方法としては、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）が挙げられる。ウエハを保持部材で保持して研磨布に押し付け、硬質の微細な砥粒を含んだ研磨液であるスラリーを流しながら研磨を行う。
ＣＭＰの装置・条件等は特には限定されず、研磨布の材料、硬度、スラリーの組成、ｐＨ、液温、スラリーに含まれる砥粒の粒子濃度、粒子径、粒子硬度、研磨時の加圧、研磨速度等の条件を適宜調整してＣＭＰを行うことができる。
好ましくは、スラリーは、アルカリ性溶媒を含むものであり、これにより好適に窒化物半導体層を研磨することが可能である。スラリーは、例えば、燐酸、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）等が挙げられる。また、スラリーにアルカリ性溶媒を含む場合、埋込層は窒化物半導体層よりもアルカリ性溶媒に溶けにくいものを選択し、ＣＭＰのストップ層として機能することのできる材料で形成されることが好ましい。さらには、研磨される成長基板又は窒化物半導体層が−Ｃ面であることで、アルカリ性溶媒含むスラリーを用いたＣＭＰで好適に研磨することができ、露出領域において平坦な研磨面が得られるため好ましい。これらの条件を適宜組み合わせてＣＭＰを行い最終的なウエハの膜厚を決定することができる。
【００２２】
＜第２工程＞
続いて、図３（ｇ）に示すように、第１工程で露出させた底面とは異なる底面を露出させる第２工程を行う。つまり、第１工程で形成された露出領域を保持した状態で、第１工程で露出させた底面とは異なる埋込層４０の底面を露出させる。第２工程を行うことにより、第１工程及び／又は第２工程で露出された埋込層間の窒化物半導体層が、露出された埋込層と略同じ面で保持される。このとき、露出される底面としては、少なくとも第１工程で露出した以外の埋込層の底面が露出するものであるが、第１工程において被覆されている埋込層の全ての底面を露出させる必要はない。好ましくは形成した全ての埋込層の底面が露出するものである。
【００２３】
第２工程で露出される埋込層の底面のウエハ内での位置や領域については特に限定されない。ウエハ中心部付近を露出させてもよいし、ウエハ外周部を露出させてもよいし、中心から外周までの間で任意の領域を露出させてもよいし、これらを組み合わせてもよい。好ましくは、上述したように、図３（ｆ）のようなウエハの外周部における厚さが中心部における厚さよりも薄くなるように研磨されたウエハにおいて、外周部における厚さを保持したままウエハの中心部と外周部の膜厚差が小さくなるように研磨されるものである。これにより、ウエハ全面においてほぼ同じ厚さを得ることができる。
【００２４】
第２工程後に露出している埋込層の底面のウエハ内での位置や領域については特に限定されない。ウエハ中心部付近のみ露出していてもよいし、ウエハ外周部のみ露出していてもよいし、中心から外周までの間で任意の領域が露出していてもよいし、これらを組み合わせてもよい。ウエハの有効径を大きくするためには最終的に露出されている領域が大きいことが好ましいが、露出された領域と被覆された領域の割合についても特に限定されない。好ましくは、最終的にウエハ面積の５０〜１００％程度が所望の厚さに研磨されるように第２工程を行うことが好ましい。
【００２５】
また、第２工程が終了したときに被覆されている埋込層の底面についてもその位置や領域については特に限定されない。露出されているものと同様に、ウエハ中心部付近のみ露出していてもよいし、ウエハ外周部のみ露出していてもよいし、中心から外周までの間で任意の領域が露出していてもよいし、これらを組み合わせてもよい。また、このときに被覆している成長基板又は窒化物半導体層の被覆膜厚についても特に限定されない。また、被覆膜厚に分布があってもよい。具体的には、ウエハ外周部に向かって徐々に又は段階的に膜厚が厚くなる形態、ウエハ中心部に向かって徐々に又は段階的に膜厚が厚くなる形態、ウエハ内の任意の領域で徐々に又は段階的に膜厚の分布があるような形態としてもよい。
【００２６】
本発明では、上述したようなウエハ外周部近傍に露出領域を形成し、それよりも内側の領域が被覆領域となるように研磨されたウエハにおいても、内側の領域を第２工程において研磨し、埋込層の底面を露出させることで面内分布を抑制することができる。最終的には、ウエハ面積の８０％程度が、基準となるウエハの厚みを保持するように第２工程で研磨することが好ましい。また、第２工程後、面内におけるウエハ膜厚差は最大２μｍ以下とすることが好ましい。これにより、素子特性のばらつきやそれによる歩留まりの低下を抑制することができ好ましい。
【００２７】
第２工程における具体的な除去方法としては、第１工程と同様に行うことができる。また、第１工程と第２工程で、研磨条件を同じにしても変更してもよい。なお、反りを有するようなウエハに研磨を施す場合には、研磨布の硬度を小さくするとウエハ面内での膜厚の分布を抑制することができ、第１工程と第２工程で研磨条件を変えずに続けて研磨を行っても面内でウエハの膜厚を均一にしやすく好ましい。また、第２工程では、第１工程においてすでに露出された窒化物半導体層の面を保持する必要があるが、第１工程と比較して研磨布の硬度を上げることでディッシングを抑制することができ好ましい。また、加圧を大きくする及び／又は回転数を多くすることで迅速に加工を行うことができ好ましい。
【００２８】
また、成長基板として窒化物半導体層とは異なる材料からなる異種基板を用いた場合は、レーザリフトオフなどによって成長基板を除去し、窒化物半導体層のみを研磨すればよいので、面内での膜厚のばらつきは研磨条件等によっては比較的少なく抑えることも可能である。しかし、窒化物半導体基板を用いた場合は、窒化物半導体基板及び窒化物半導体層を研削・研磨により除去することになるので、研磨工程を進めるにつれて面内分布が大きくなってしまう。そこで、上述したように埋込層を形成しておくことによって、研磨工程で埋込層の底面が露出された状態でそれ以上研磨されず、ウエハ厚みを保持することができる。
【００２９】
以上のように、本発明では、窒化物半導体基板上に形成された窒化物半導体層のように、研磨時に所望の位置で研磨を止め、垂直共振器型面発光レーザのようにウエハの厚み制御が求められる場合にも高精度での制御が可能となる。また、ウエハ面内でも最終的な膜厚の分布をなくし、所望の厚みの領域をウエハ面内で多く確保することができる。
【００３０】
以下、本発明の実施形態について説明する。
〔実施形態１〕
本発明の製造方法により得られる垂直共振器型面発光レーザは、図１に示すように、支持基板５０上に接着層６０を介して形成された、第１ブラッグ反射器７１、窒化物半導体層２０及び第２ブラッグ反射器７２から構成され、第２ブラッグ反射器側からレーザ光が出射される。窒化物半導体層２０は、支持基板５０側から、ｐ型半導体層、活性層及びｎ型半導体層が順に積層されている。第１ブラッグ反射器７１と窒化物半導体層２０の間のｐ型半導体層表面にはｐ側電極９１が形成され、ｎ型半導体層表面にはｎ側電極９２が形成されている。また、第１ブラッグ反射器７１の側面には、ｐ側電極９１及び接着層６０と接続するように接続電極９３が設けられている。窒化物半導体層２０の側面には、埋込層４０が形成されている。また、詳細は後述するが、窒化物半導体層２０は、支持基板５０とは別の成長基板１０上に積層される。
以下、各構成について説明する。
【００３１】
（成長基板１０）
成長基板は、窒化物半導体を成長させることができるものであればよい。具体的には、Ｃ面、Ｍ面、Ａ面及びＲ面のいずれかを主面とするＧａＮ、ＡｌＮ等の窒化物半導体、Ｃ面、Ｍ面、Ａ面及びＲ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）、炭化珪素、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、ニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等からなるものが挙げられる。また、成長基板は、第１主面及び／又は第２主面に、０°〜１０°程度のオフ角を有していてもよい。なかでも、結晶性のよい窒化物半導体層を成長させる観点からは窒化物半導体基板が好ましい。また、研磨工程において研磨される面が−Ｃ面となるような基板であれば、研磨工程において所望の加工がしやすいため好ましい。
【００３２】
（窒化物半導体層２０）
成長基板上に積層される窒化物半導体としては、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で示されるものが好ましい。これに加えて、III族元素としてＢが一部に置換されたものを用いてもよいし、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換されたものを用いてもよい。活性層のＩｎ含有量を高くすることで長波長域の発光が可能となり、Ａｌ含有量を高くすることで紫外域の発光が可能となり、３００ｎｍ〜６５０ｎｍ程度の波長域での発光が可能となる。
【００３３】
なお、用いる成長基板によっては、結晶核形成層、低温成長バッファ層、高温成長層、マスク層、中間層等を任意に下地層として形成してもよい。
【００３４】
第１導電型層及び第２導電型層は、いずれか一方がｎ型、他方がp型であることを意味する。ｎ型層は、ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｄなどのＩＶ族元素又はＶＩ族元素等を１種類以上含有している。ｐ型層は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を含有している。
不純物は、例えば、５×１０16／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3程度の濃度範囲で含有されていることが好ましい。ただし、第１及び第２導電型半導体層を構成する半導体層の全てが必ずしも不純物を含有していなくてもよい。
【００３５】
例えば、第１導電型層、活性層、第２導電型層は、単一膜構造、多層膜構造又は組成比が互いに異なる２層を含む超格子構造であってもよい。これらの層は、組成傾斜層、濃度傾斜層を備えたものであってもよい。
活性層は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造等の量子井戸構造であることが好まし
い。
【００３６】
窒化物半導体層の膜厚は特に限定されることなく、例えば、第１導電型層は、０．２〜１２μｍ程度、活性層は、１５〜３００ｎｍ程度、第２導電型層は、２０〜５００ｎｍ程度で形成することができる。
【００３７】
なお、図９（ａ）に示すように、第１導電型半導体層中にＡｌ含有層２４を形成してもよい。この層は、共振器長の最終的な決定を窒化物半導体層のエッチングにより行う場合、好適に膜厚制御をするためのエッチングストップ層として機能させることができる。そのため、Ａｌ含有層をエッチングストップ層として機能させる場合には、成長基板やＡｌ含有層よりも成長基板側の第１導電型半導体層は、Ａｌを含有しないか含有したとしてもＡｌ含有層よりも低混晶であることが好ましい。Ａｌ含有層の組成・材料は特に限定されるものでなく、例えば、第１導電型半導体層よりも、エッチング等で使用するエッチャントによってエッチングされにくいものであればよい。具体的には、Ａｌ組成比が０．１から０．３程度のＡｌＧａＮによる層等が挙げられる。Ａｌ含有層の膜厚は特に限定されず、例えば、１０〜５０ｎｍ程度が例示され、複数層設けられてもよい。
【００３８】
（ブラッグ反射器７１，７２）
ブラッグ反射器は、誘電体多層膜から形成される。ここで用いられる誘電体としては、例えば、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ等の酸化物、窒化物（例えば、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＢＮ等）又はフッ化物等が挙げられる。具体的には、ＳｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＨｆＯ2等が例示される。これらの誘電体のうち、屈折率が異なる２種以上の材料層を交互に積層することにより誘電体多層膜を得ることができる。例えば、ＳｉＯ2／Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＯ2／ＺｒＯ2、ＳｉＯ2／ＡｌＮ等の多層膜が好ましい。
【００３９】
所望の反射率を得るために、材料、膜厚、多層膜のペア数等を適宜調整することができる。各層の膜厚は、用いる材料等により適宜調整することができ、所望の発振波長（λ）、用いる材料のλでの屈折率（ｎ）によって決まる。具体的には、λ／（４ｎ）の奇数倍とすることが好ましく、反射率と放熱性を考慮して適宜調整することが好ましい。例えば、発振波長が４１０ｎｍの素子において、ＳｉＯ2／Ｎｂ2Ｏ5で形成される場合、各層の膜厚としては４０〜７０ｎｍ程度が例示される。繰り返しの積層は、２回以上、好ましくは５〜１５回程度が例示される。誘電体多層膜の膜厚は、例えば、０．６〜１.７μｍ程度が例示される。
【００４０】
また、第１ブラッグ反射器の最上層（窒化物半導体層から最も遠い層）は、第１ブラッグ反射器を構成する多層膜のうち、屈折率の低い材料を用いることが好ましい。これにより、ブラッグ反射器上に形成される部材との界面における反射率を高めることができる。
【００４１】
第１ブラッグ反射器は、素子領域を覆う限り、大きさ及び形状は特に限定されない。具体的には、所定の大きさを有する円、楕円、矩形等で形成することができる。円形の場合、直径５〜７０μｍ程度であることが好ましい。また、第１ブラッグ反射器の大きさを支持基板や窒化物半導体層よりも小さくし、第１ブラッグ反射器の側面に後述する接続電極を形成することで好適に放熱させることができる。
なお、本明細書において、素子領域とは図１及び１２中のＭに示すように、電流が注入されている窒化物半導体層のうち対向するブラッグ反射器に挟まれた領域を意味する。
【００４２】
第１ブラッグ反射器及び第２ブラッグ反射器は、同様の材料、形状、大きさで、形成することができる。ただし、第１ブラッグ反射器及び第２ブラッグ反射器は、必ずしも同一の材料、同一の構成でなくてもよい。所望の反射率を得るために、材料、膜厚、多層膜のペア数、順番等を適宜調整することができる。
【００４３】
（支持基板５０）
支持基板としては、機械的性質、弾性、塑性、放熱性等を考慮して選択される。具体的には、ＡｌＮ等の絶縁体からなる基板、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｇｅ等の半導体からなる基板、金属単体又は２種以上の金属の複合体からなる金属基板等が挙げられる。なかでも、Ｓｉ基板は、導電性を有し、安価で加工しやすいため好ましい。支持基板の膜厚は、例えば、５０〜５００μｍ程度が適している。
【００４４】
（埋込層４０）
本発明では、埋込層は研磨工程に晒されるため、研磨工程に耐え得る機械的強度を有する材料で形成されることが好ましい。また、窒化物半導体層や成長基板に設けられた溝部に充填されることから、窒化物半導体層や成長基板との熱膨張係数差の小さいものとすることでクラック等の発生を抑制することができる。さらに、活性層付近を被覆する場合は、絶縁性材料で形成されることが好ましい。具体的には、Ｎｂ２Ｏ５、ＳｉＯ2、Ｇａ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2等の酸化物、ＳｉＮ、ＡｌＮ及びＡｌＧａＮ等の窒化物、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）やＳｉＣ等が挙げられる。また、化学機械研磨（ＣＭＰ）時のストップ層として機能することのできる材料で形成されることが好ましい。この観点から、機械的にもアルカリ性溶媒にも耐性のある材料であることが好ましく、少なくとも窒化物半導体層及び／又は成長基板よりもアルカリ性溶媒に溶けにくいことが好ましい。以上を考慮すると、好ましい材料としては、窒化シリコン、酸化ニオブ、酸化シリコン、ＤＬＣ、ＳｉＣ等が挙げられる。また、Ｂｒｅｗｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ社製のＰｒｏＴＥＫを埋込層として用いることもできる。
また、多層構造の埋込層を用いてもよい。この場合は、多層構造を構成する埋込層のうちいずれかの層がＣＭＰのストップ層として機能すればよい。例えば、第１層を任意の絶縁性材料を選択して活性層付近を被覆し、その上に形成される第２層をＣＭＰのストップ層として機能するようにアルカリ性溶媒に耐性のある材料を選択して形成することもできる。具体的には、第１層として上述したような任意の絶縁性材料を用い、第２層としてＰｔ，Ｗ，Ｍｏを用いることでこのような構造を実現できる。
また、埋込層は、光閉じ込めの観点から窒化物半導体よりも屈折率の小さな材料であることが好ましく、放熱の観点から熱伝導の良い材料であることが好ましい。
また、埋込層を絶縁性材料で形成した場合は、所望の領域に電流を注入する絶縁層としても機能させることができるが、図１２に示すように、埋込層とは別に窒化物半導体層の表面に絶縁層４２を設けてもよい。また、窒化物半導体層に、イオン注入、選択酸化（熱酸化、陽極酸化など）等の当該分野で公知の方法を用いて所望の領域に電流を注入するような構造としてもよいし、これらを埋込層及び／又は絶縁層と組み合わせて用いてもよい。
【００４５】
（ｐ側電極９１）
図１に示すように、ｐ側電極は、第２導電型半導体層と第１ブラッグ反射器の間に配置されるため、活性層で発生する波長の光を透過することが好ましい。例えば、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む層の単層膜又は積層膜により形成することができる。また、導電性酸化物で形成することが好ましく、具体的にはＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＡＴＯ、ＩＴＯ、ＭｇＯ等が挙げられる。なかでも、ＩＴＯが好ましい。ｐ側電極の膜厚は、電極材料の光吸収による光学損失や電気的抵抗等を考慮して、適宜調整することができ、例えば、３０〜１００ｎｍ程度が例示される。
【００４６】
（ｎ側電極９２）
ｎ側電極は、当該分野において公知の材料を用い、金属、合金の酸化物又は窒化物、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3等の透明導電性酸化物からなる群から選択された少なくとも一種を含む単層膜又は積層膜により形成することができる。具体的には、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ａｌ−Ａｕ等が挙げられる。
【００４７】
（接続電極９３）
接続電極は、ｐ側電極と後述する接着層とを電気的に接続するために設けられるものである。接続電極は、第１ブラッグ反射器の側面に配置されるか、第１ブラッグ反射器を貫通するように形成することが好ましい。ただし、接続電極は、ｐ側電極に電流を供給することができる場合は省略してもよいし、ｐ側電極や接着層との間に他の層を形成してもよい。
【００４８】
また、接続電極の膜厚は特には限定されないが、接続電極の上面（ここでは図１に示す支持基板側の面を指す）が、第１ブラッグ反射器の上面と同程度の高さになるように形成することが好ましい。これによって、積層体と支持基板とを強固に接合することができ、この後の工程中などに支持基板の剥がれを防ぐことができ好ましい。
【００４９】
接続電極は、当該分野において公知の材料から電気抵抗や放熱性を考慮して選択することができる。例えば、金属、合金の酸化物又は窒化物、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3等の透明導電性酸化物からなる群から選択された少なくとも一種を含む単層膜又は積層膜により形成することができる。具体的には、Ｔｉ−Ｒｈ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｃｒ−Ｒｈ−Ａｕ、Ｃｒ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｎｉ−Ａｕ、Ｎｉ−Ａｕ−Ｐｔ、Ｐｄ−Ｐｔ、Ｎｉ−Ｐｔ等が挙げられる。
【００５０】
（接着層６０）
接着層は、支持基板と窒化物半導体ウエハを確実に接合させるため、第１ブラッグ反射器及び接続電極上の全面に形成することが好ましい。接着層は、上述した接続電極と同様の材料を用いて形成することができる。具体的には、（Ｔｉ／Ｓｉ）−Ｐｔ−Ｐｄ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｎ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｉ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｇｅ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｉｎ、Ａｕ−Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｇｅ、Ａｌ−Ｒｈ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｎ）等が挙げられる。窒化物半導体層の割れや剥がれを防ぐためには、支持基板の表面にも同様に形成することが好ましいが、窒化物半導体ウエハもしくは支持基板のいずれか一方のみに形成し、他方は省略してもよい。
【００５１】
以下、本実施形態の垂直共振器型面発光レーザの製造方法について図１乃至４及び９乃至１１を参照しながら説明する。
まず、上述したように積層工程（図２（ａ））及び溝部形成工程（図２（ｂ））を行う。
第１導電型半導体層中に上述したＡｌ含有層２４を有している場合には、溝部の底面は、Ａｌ含有層中もしくはＡｌ含有層中２４よりも成長基板側に形成されることが好ましい。溝部の底面をＡｌ含有層中に設けた場合は、溝部形成工程において、溝部の深さを高精度で制御することができ、好ましい。また、図９（ｂ）に示すように、溝部３０の底面はＡｌ含有層２４よりも成長基板側に形成される場合は、後述するエッチング工程で共振器長を再度調整してより正確な長さとすることが可能となり好ましい。
また、２層以上の複数層のＡｌ含有層が形成されてもよい。例えば、成長基板側から順に第１Ａｌ含有層、第２Ａｌ含有層が形成される場合、両者は離間して形成され、溝部形成工程において、溝部の底面が第１Ａｌ含有層に達するまで行うことが好ましい。これにより、溝部の深さを高精度で制御することができ、ウエハ面内において溝部の深さを均一に形成することができる。また、このとき第２Ａｌ含有層の膜厚は、第１Ａｌ含有層よりも厚い方が好ましい。これにより、後述するエッチング工程で共振器長を再度調整するのが容易になる。また、第１Ａｌ含有層のＡｌ混晶比は第２Ａｌ含有層よりも小さく、膜厚を薄くすることが好ましい。
また、共振器長を短くすると光学損失を減らし、縦モードの安定性を向上させることができるが、電流注入の観点からは抵抗及び発熱が増大するため、これらを考慮して共振器長を適宜調節することが好ましい。具体的には、共振器長は０．３〜５．０μｍ程度とすることが適当である。
【００５２】
続いて図２（ｃ）のように、埋込形成工程を行う。
埋込形成工程の後、図２（ｄ）のように、電極等を形成し支持基板５０を接着する。
まず、所望の領域に電流を注入するため、窒化物半導体層表面に絶縁層を形成することが好ましい（図１２中４２参照）。絶縁層は、後で設けるｎ側電極と対向する領域に形成されることが好ましい。
続いて、ｐ側電極９１を形成することが好ましい。ｐ側電極は、第２導電型層上の一部もしくは全面に接触するように形成される。また、形成された一部においては、図２（ｄ）に示されるように、先に形成した埋込層４０上に配置されていてもよい。
【００５３】
続いて、ｐ側電極上に接続電極９３を形成することが好ましい。接続電極は、埋込層上に形成されたｐ側電極と接触するように設けることが好ましい。ｐ側電極が第２導電型半導体層と接触している領域（素子領域）に接続電極を配置すると、接続電極の直下にのみに電流が流れ、素子領域の全体に電流が広がりにくくなるが、これを防ぐことができる。
【００５４】
続いて、素子領域に第１ブラッグ反射器７１を形成することが好ましい。その形成領域は、特に限定されるものではなく、ｐ側電極と接続電極が適切な接触面積を確保し、素子領域に均一に電流を供給することができる位置に調整することが好ましい。例えば、図１のように、第２導電型半導体層とｐ側電極とが直接接触した部位の近傍（上方）に第１ブラッグ反射器を配置し、その回りを取り囲むように接続電極を配置し、さらにその外周にブラッグ反射器７１ｂを形成する形態が例示される。図２（ｄ）に示すように、接続電極９３が第１ブラッグ反射器を貫通する形態の場合、その貫通位置は、特には限定されないが、上述したように、素子領域外に接続電極を配置することで、素子領域の全体に電流を広がりやすくすることができる。
第１ブラッグ反射器を構成する誘電体多層膜は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法又はこれらの方法の２種以上を組み合わせる方法、あるいはこれらの方法と、全体又は部分的な前処理、不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ等）又はプラズマの照射、酸素もしくはオゾンガス又はプラズマの照射、酸化処理（熱処理）、露光処理のいずれか１種以上とを組み合わせる方法等、種々の方法を利用することができる。なお、組み合わせの方法では、必ずしも同時又は連続的に成膜及び／又は処理しなくてもよく、成膜した後に処理等を行ってもよいし、その逆でもよい。
【００５５】
その後、得られたウエハに接着層６０を形成する。上述したように、第１ブラッグ反射器の最上層を、第１ブラッグ反射器を構成する多層膜のうち、屈折率の低い材料を用いることによって、接着層との界面における反射率を高めることができる。
続いて、得られたウエハを支持基板５０に接合する。このとき、支持基板にも接着層６０を形成しておいてもよい。
接合方法は、接合面を合わせた後、所定の温度及び圧力下で保持することによって接合する方法など、当該分野で通常使用される方法等を利用することができる。具体的には、熱圧着法、ダイレクトボンディング法等が挙げられる。
【００５６】
続いて上述したように第１工程及び第２工程からなる除去工程を行う（図３（ｅ）〜（ｇ））。
成長基板の除去を始めると図３（ｅ）のように成長基板１０の厚さに分布が生じる。図３の場合は、ウエハの外周部から優先的に研磨され、中心部付近で成長基板の膜厚が厚くなっている。さらに研磨を進めて窒化物半導体層２０を露出させ、図３（ｆ）に示すように、一部の埋込層の底面が露出されるように第１工程を行う。続けて研磨を進め、図３（ｇ）に示すように、第１工程で露出された埋込層の底面とは別の埋込層の底面が露出するように第２工程を行う。このとき、露出された埋込層の近傍や埋込層に挟まれている窒化物半導体層では、それ以上窒化物半導体層は研磨されずその膜厚が維持される。そのまま研磨を進めると、図３（ｆ）におけるウエハ中心部のように窒化物半導体層の残っている領域で研磨が進められる。所望の領域の埋込層の底面が露出されるまで、あるいは均一な厚さのウエハが所望の面積に達するまで適宜研磨を進め、除去工程を終了させる。
本実施形態においては、この除去工程で露出した窒化物半導体層表面を垂直共振器面型面発光レーザの共振器面とすることもでき、この場合、加工後の表面が平坦であることが求められる。また、垂直共振器型面発光レーザでは、端面発光型のレーザ素子と比較して共振器長が短い。そのため、垂直共振器型面発光レーザを効率よく発振させるためには、共振器長を正確な厚みで形成する、すなわち正確な厚みに加工することが求められる。
【００５７】
＜エッチング工程＞
上述したように、第１導電型半導体層がＡｌ含有層２４を有する場合は、研磨工程の後にエッチング工程を行うことで、より平坦な共振器面を形成すると共に、より正確な共振器長とすることができる。
本発明の製造方法によれば、溝部形成工程で形成した溝部３０の深さと略同程度の共振器長とすることができるが、研磨条件及び研磨される窒化物半導体層の面積によっては、図１０（ｆ）、（ｇ）に示すように、窒化物半導体層がディッシングと呼ばれる凹みを形成してしまうことがある。除去工程において露出される窒化物半導体層の面積が大きい方が迅速に加工されやすい一方で、面積が大きい方がディッシングが起こりやすい。また、ＣＭＰ加工時の研磨布の硬度を大きくすると窒化物半導体のディッシングを抑制することができる一方で、ウエハ面内での膜厚の分布が起こりやすくなる。そこで、研磨工程によって、ディッシングが起こったとしてもエッチング工程によりディッシング部分を除去し、平坦な共振器面を形成し、より正確な共振器長とすることができ効率よく発振させることのできる垂直共振器型面発光レーザを提供できる。具体的には、図９（ｂ）に示すように、溝部形成工程でＡｌ含有層２４よりも深く溝部３０を形成する。成長基板１０及びＡｌ含有層２４よりも成長基板側の第１導電型半導体層がＡｌ含有層よりも低混晶のＡｌを含有するかＡｌを含有しない場合に、図１０（ｈ）に示すように、研磨工程後にＡｌ含有層が露出するまで窒化物半導体層をエッチングする。
【００５８】
このときのエッチングとしては、ドライエッチング又はウェットエッチングを選択することができる。ウェットエッチングは、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液、リン酸、硫酸、王水等の酸性溶液等に、窒化物半導体層を所定時間浸漬するなどして、エッチャントに晒すことにより行うことができる。
ドライエッチングは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）エッチング、イオンビームエッチング等を利用して行うことができる。いずれにおいてもエッチングガス（例えば、ＣＦ4のようなフッ素系、Ｃｌ2、ＣＣｌ4、ＳｉＣｌ4のような塩素系、ＨＩのようなヨウ素系ガスの単独又は混合ガス）を適宜選択すればよい。ドライエッチングする際、エッチングガスの種類を含むエッチング条件（ガス流量、ＲＦパワー、圧力、温度、エッチング時間等）は、適宜調整して決定することができる。
【００５９】
好ましくは、マスクを用いたＲＩＥで行うことが好ましい。つまり、素子領域に、円、楕円、矩形等から選択される所定のマスクパターンを形成し、このマスクパターンをマスクとしてエッチングする。マスクパターンは、レジスト、ＳｉＯ2等の絶縁体等を、フォトリソグラフィ及びエッチング工程等の公知の方法により、適当な形状にパターニングすることにより形成することができる。
【００６０】
続いて、図３（ｈ）のように、露出した研磨面上に電極等を形成する。
まず、ｎ側電極９２を形成することが好ましい。ｎ側電極は、窒化物半導体層に電流を供給し得る形態であれば、どのような位置及び接触面積で形成してもよく、用いる材料、素子の大きさ等によって適宜調整することができる。例えば、第２導電型半導体層とｐ側電極とが直接接触した部位と対向する領域を取り囲むように、環状形状で配置する形態が好ましい。また、ｐ側電極と第２導電型半導体層とが接触した領域に対して、縦断面視で、第１導電型半導体層の表面に、対角線上に位置するように、ｎ側電極を配置してもよい。対角に配置する場合は、電流を横方向に広げることができるため、素子領域に供給できる電流が増加し、高効率な発光素子を得ることができる。
【００６１】
続いて、素子領域に第２ブラッグ反射器７２を形成する。なお、ｎ側電極及び第２ブラッグ反射器の形成順序は限定されない。第２ブラッグ反射器は、上述した第１ブラッグ反射器と同様の方法で形成することができる。必ずしも同じ方法を選択する必要はなく、上述した方法の中から適宜選択して形成することが可能である。また、第２ブラッグ反射器は、ｎ側電極の一部を被覆するように形成してもよい。
【００６２】
なお、第２ブラッグ反射器を形成する前に、第１導電型半導体層と第２ブラッグ反射器との間に、透明電極を形成してもよい。透明電極は、ｎ側電極と電気的に接続するように設けられ、除去工程において露出された埋込層の上にも形成することができる。これにより、第１導電型半導体層での電流分布を改善させることができる。透明電極は、ｐ側電極と同様の材料で、同様に形成することができる。ただし、ｐ側電極と透明電極は、必ずしも同一の材料、同一の構成、形状でなくてもよい。
【００６３】
最後に、図３（ｈ）に示すように、得られた素子の支持基板裏面に接着部材９４を形成した後、図４（ｉ）に示すように得られたウエハを素子状態に分離する。接着部材としては、例えば支持基板側からＴｉＳｉ２／Ｐｔ／Ａｕで形成されるもの等が挙げられる。ウエハの分割は、ダイサー、スクライバー、エッチング等当該分野で公知の方法を利用することができる。これらの方法で各素子間に溝部を形成し、溝部に沿ってブレイカー等で加圧して分割してもよい。
また、得られた素子を金属や樹脂等で形成される種々のパッケージに実装してレーザ装置を得ることができる。
【００６４】
以上の製造方法によれば、成長基板を除去してブラッグ反射器を形成する垂直共振器型面発光レーザにおいて、高精度で共振器長の制御を行うことができる。また、ウエハ面内の面内分布を抑制することができるので、共振器長のずれが直接素子特性に影響する垂直共振器型面発光レーザにおいても１ウエハからの取れ数を増やすことができ、高品質の垂直共振器型面発光レーザを安定して効率的に製造することができる。
【００６５】
〔実施形態２〕
本発明の製造方法により得られる窒化物半導体発光素子は、図５に示すように、支持基板５０上に接着層６０を介して形成されたｐ側電極９１、窒化物半導体層２０、ｎ側電極９２から構成され、窒化物半導体層は支持基板側からｐ型半導体層、活性層及びｎ型半導体層が順に積層されている。また、窒化物半導体層側面には、埋込層４０が形成されている。実施形態１と共通の部材については、同様に用いることが可能である。
図６及び７を参照しながら本実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法について説明する。実施形態１と同様に行う工程については説明を省略する。
まず、上述したように、積層工程（図６（ａ））及び溝部形成工程を行う（図６（ｂ））。
続いて図６（ｃ）のように、窒化物半導体層表面にｐ側電極９１を形成する。このｐ側電極としては、上記で記載したような透光性のｐ側電極に、ＳｉＯ2／Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＯ2／ＺｒＯ2、ＳｉＯ2／ＡｌＮ等の多層膜を組み合わせてもよいし、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ等からなる反射性の電極としてもよいし、両方を組み合わせてもよい。
続いて図６（ｄ）のように、埋込形成工程を行う。このとき埋込層４０の上面を先に形成したｐ側電極９１の表面と同じ高さになるように形成する。
その後、得られたウエハ及び支持基板５０に接着層６０を形成してウエハを支持基板に接合し（図７（ｅ））、実施形態１と同様に第１工程及び第２工程からなる除去工程を行う（図７（ｆ）〜（ｇ））。その後、窒化物半導体層表面にｎ側電極９２を形成し、支持基板裏面に接着部材９４を形成した後、得られたウエハを分割し図５のような発光素子を得る。
窒化物半導体発光素子は、対向電極構造とすることで素子の小型化及び光取り出し効率の向上が見込まれるため、上述したような支持基板を用いる窒化物半導体発光素子の製造方法が提案されている。しかし、シリコン基板や窒化物半導体基板では、研磨加工時の面内分布が著しく、素子特性のばらつきを生じやすい。特に、シリコン基板を用いた場合は、所望の位置で研磨を止めたとしても一部にシリコン基板が残留してしまうこともある。シリコンは窒化物半導体が発光する波長の光を吸収するためシリコン基板の残留した素子では出力が劣る。つまり、同一ウエハから得られた素子でも出力に分布が生じる結果となってしまうが、本発明のように埋込層を形成し、除去工程を２段階で行うことによって、埋込層の底面が露出された面で保持されそれ以上は研磨されず、ウエハ厚みを維持することができる。これにより、所望の位置で研磨を止めることができ、ウエハ面内でも最終的な膜厚の分布をなくし、所望の厚みの領域をウエハ面内で多く確保することができる。また、シリコン基板を用いると基板への不純物ドーピングの工程が必要となるが、本実施形態では成長基板を除去するため、不純物ドーピングの工程を設けずに発光素子を得ることができる。
【実施例】
【００６６】
（実施例１）
本実施例では、図１に示すような実施形態１に係る垂直共振器型面発光レーザの製造方法を図２乃至４を参照しながら説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、成長基板として、直径が２インチで転位密度が１×１０６ｃｍ２台である窒化物半導体基板１０を準備する。この窒化物半導体基板１０のＣ面上に、ｎ側半導体層として、ＳｉをドープしたＧａＮを膜厚２μｍで成長させる。次に、ＳｉドープＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎよりなる障壁層を１３ｎｍの膜厚で成長させ、アンドープＩｎ0.10Ｇａ0.90Ｎよりなる井戸層を９ｎｍの膜厚で成長させる。障壁層と井戸層とを２回交互に積層し、最後にアンドープＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎよりなる膜厚の１３ｎｍ障壁層で終わり、総膜厚５７ｎｍの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。次に、ｐ側半導体層として、Ｍｇをドープしたｐ型Ａｌ0.33Ｇａ0.67Ｎ層を７．５ｎｍの膜厚で成長させ、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮよりなるコンタクト層を６３ｎｍの膜厚で成長させる。
以上のように窒化物半導体層２０を形成し得られたウエハ１５を反応容器から取り出し、図２（ｂ）に示すように、共振器長及び素子領域を規定するための溝部３０を形成する。ウエハ表面の略全面にＳｉＯ２膜を成膜後、フォトリソグラフィおよびエッチングによってＳｉＯ２を直径１５μｍの円形のマスクパターンに形成し、それをマスクとして、ＲＩＥを用いて塩素系ガスにより窒化物半導体層２０を１μｍエッチングしてｎ側半導体層を底面とする溝部３０を形成する。
図２（ｃ）に示すように、形成した溝部３０に、ＳｉＮからなる埋込層４０を１μｍ形成する。
図２（ｄ）に示すように、得られたウエハにＳｉＯ2からなる絶縁層（図示せず、図１２中４２参照）を形成し、ｐ型半導体層上に直径８μｍの円形の開口を有する形状にパターニングする。ＳｉＯ2からなる絶縁層の上に、ＩＴＯからなるｐ側電極９１を膜厚５０ｎｍで形成し、オーミック接触を得るために熱処理を行う。Ｔｉ／Ｒｈ／Ａｕからなる接続電極９３を１．３μｍの膜厚で成膜し、リフトオフ工程により、ｐ型半導体層とｐ側電極とが直接接触している領域（素子領域）を開口させる。素子領域である接続電極の開口部及び埋込層上に、直径２５μｍの円形で第１ブラッグ反射器７１を形成する。第１ブラッグ反射器７１は、窒化物半導体層側からＮｂ2Ｏ5（膜厚：４０ｎｍ）とＳｉＯ2（膜厚：７０ｎｍ）とが１２ペア積層され、１層目の誘電体層（Ｎｂ2Ｏ5）は膜厚２０ｎｍで形成する。第１ブラッグ反射器７１及び接続電極９３の上に、窒化物半導体層側から順に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｓｎ／Ａｕ（膜厚：１００ｎｍ／３００ｎｍ／３００ｎｍ／３０００ｎｍ／１００ｎｍ）からなる接着層６０を形成する。
支持基板５０となるシリコン基板の表面に、ＴｉＳｉ2／Ｐｔ／Ｐｄ（膜厚：３ｎｍ／２５０ｎｍ／３５０ｎｍ）からなる接着層６０を形成し、シリコン基板の接着層と、ウエハ側の接着層を貼り合わせる。
図３（ｅ）に示すように、研削及び研磨を行う。このとき、ウエハ内における膜厚差は最大で６μｍ程度である。
続いて、図３（ｆ）に示すように、ＫＯＨを含むスラリーを用いて、ウエハの外周部の埋込層４０の底面を露出させるようにＣＭＰを行う。続けてＣＭＰを行い、図３（ｇ）に示すように、ウエハ中心部の埋込層４０の底面を露出させる。
図３（ｈ）に示すように、ｎ型半導体層上に、素子領域を中心として、直径１０μｍの円形の開口部を有する形状でｎ側電極９２を形成する。ｎ側電極の開口部に、直径２０μｍの円形で第２ブラッグ反射器７２を形成する。第２ブラッグ反射器は、支持基板５０側から、ＳｉＯ2（膜厚：７０ｎｍ）とＮｂ2Ｏ5（膜厚：４０ｎｍ）が７ペア積層される。
最後に、図４（ｉ）に示すように、ダイシングによりウエハをチップ状に分離し、垂直共振器型面発光レーザを得る。
このような方法で製造した垂直共振器型面発光レーザでは、溝部に形成した埋込層が露出するまでＣＭＰを行うことで共振器長を調整しているので、簡便な方法で共振器長の制御が可能になり、高効率の垂直共振器型面発光レーザを得ることができる。
【００６７】
（実施例２）
本実施例に係る垂直共振器型面発光レーザは、図８乃至１１に示したように、第１導電型半導体層中にエッチングストップ層としてＡｌ含有層２４を有する。この構成以外は、実質的に実施例１と同様である。
具体的には、図９（ａ）に示すように、第１導電型半導体層を１．５μｍ形成した後、Ａｌ0.2Ｇａ0.8ＮからなるＡｌ含有層２４を５０ｎｍ形成する。その後、０．５μｍの第１導電型半導体層を形成する。活性層及び第２導電型半導体層は、実施例１と同様に形成する。
図９（ｂ）に示すように、溝部形成工程において、窒化物半導体層２０を１μｍエッチングしてＡｌ含有層２４よりも成長基板側の窒化物半導体層２０を底面とする溝部３０を形成する。
その後、実施例１と同様に、埋込層４０を形成し（図９（ｃ））、ｐ側電極等の形成を行い（図９（ｄ））、研磨工程を行う（図１０（ｅ）〜（ｇ））。研磨工程は、実施例１と比較して柔らかい研磨布を用いる以外は同様に行う。研磨工程終了時には図１０（ｇ）のようにディッシングが形成される。
続いて図１０（ｈ）に示すように、素子領域以外の領域にレジストでマスクパターンを形成し、素子領域の窒化物半導体層２０をＡｌ含有層が露出するまでエッチングする。
その後、実施例１と同様にして、ｎ側電極等を形成し（図１１（ｉ））、チップ化する（図１１（ｊ））。
本実施例では、実施例１の研磨工程後にエッチング工程を行うことで、より正確に共振器長を制御することが可能になる。これにより、高効率の垂直共振器型面発光レーザを得ることができ、素子特性の向上が見込まれる。
【００６８】
（実施例３）
本実施例に係る垂直共振器型面発光レーザは、第１導電型半導体層中にエッチングストップ層として機能するＡｌ含有層を複数有する以外は、実質的に実施例２と同様である。
具体的には、第１導電型半導体層を１．５μｍ形成した後、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる第１Ａｌ含有層を２０ｎｍ形成する。その後、１μｍの第１導電型半導体層を形成し、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる第２Ａｌ含有層を３０ｎｍ形成し、１μｍの第１導電型半導体層を形成する。活性層及び第２導電型半導体層は、実施例２と同様に形成する。
溝部形成工程において、窒化物半導体層２０をエッチングして第１Ａｌ含有層を底面とする溝部を形成する。
その後、実施例２と同様に、研磨工程までを行う。研磨工程終了時には図１０（ｇ）のようにディッシングが形成される。
続いて、素子領域以外の領域にレジストでマスクパターンを形成し、素子領域の窒化物半導体層を第２Ａｌ含有層が露出するまでエッチングする。
その後、実施例２と同様にして、ｎ側電極等を形成しチップ化する。
本実施例では、実施例２と比較して、溝部形成工程での面内分布が抑制され、より高精度に共振器長を制御することができる。
【００６９】
（実施例４）
本実施例に係る垂直共振器型面発光レーザは、埋込層４０を酸化ニオブで形成する以外は、実質的に実施例１と同様であり、実質的に実施例１と同様に製造することができる。
本実施例では、実施例１と同様の効果が得られる。
【００７０】
（実施例５）
本実施例に係る垂直共振器型面発光レーザは、埋込層４０をＳｉＯ２／Ｔｉ／Ｐｔからなる積層構造で形成する以外は、実質的に実施例１と同様である。
形成した溝部３０の側面及び底面にＳｉＯ２を０．５μｍ形成する。続いて、Ｔｉを０．１μｍ、Ｐｔを０．５μｍ形成する。
除去工程において、ＫＯＨを用いたスラリーでＣＭＰを行い、ウエハ面内の一部でＳｉＯ２を露出する。続けて同様の条件でＣＭＰを行い、他の領域の窒化物半導体層を研磨してＳｉＯ２を露出させると共に、先に露出された領域では、ＳｉＯ２及びＴｉが研磨され、Ｐｔ層が露出される。
これ以外は、実質的に実施例１と同様に製造することができる。
本実施例では、実施例１と比較して絶縁性材料の埋込層を薄膜化させることができ、窒化物半導体層へのダメージを軽減しＶｆを低減させることができる。
【００７１】
（実施例６）
本実施例では、図５に示すような実施形態２に係る窒化物半導体発光素子の製造方法を図６及び７を参照しながら説明する。
シリコン基板１０を用いて、第１導電型半導体層の膜厚を５μｍとする以外は実施例１と同様にして窒化物半導体層２０を成長させ（図６（ａ））、得られたウエハに４μｍの深さの溝部３０を形成する（図６（ｂ））。
続いて、図６（ｃ）のように、ｐ型半導体層上の素子領域にｐ側電極９１としてＩＴＯを０．０５μｍ、ＳｉＯ2（膜厚：５０００Å）、その上にＮｂ2Ｏ5（膜厚：４８３Å）／ＳｉＯ2（膜厚：８４５Å）を３ペア形成する。
図６（ｄ）のように、溝部に、ＳｉＮからなる埋込層４０を４μｍ形成する。このとき埋込層の上面を先に形成したｐ側電極９１の表面と同じ高さになるように形成する。続いて、実施例１と同様にして得られたウエハに、接着層６０を形成し、貼り合わせる（図７（ｅ））。
ウエハの最も薄い箇所で埋込層４０の底面から５μｍ程度となるようにシリコン基板１０を研削・研磨する（図７（ｆ））。このとき、ウエハ面内において膜厚の分布が生じる。続いて、ＴＭＡＨを含むスラリーを用いて、埋込層４０の底面を露出させるようにＣＭＰを行う。続けてＣＭＰを行い所望の埋込層４０の底面を露出させる（図７（ｇ））。
ｎ側電極９２を形成し（図７（ｈ））、埋込層４０の部分でダイシングを行いチップ状に分離して図５に示すような窒化物半導体発光素子を得る。
このような方法で製造した窒化物半導体発光素子は、所望の位置で研磨を止めることができ、ウエハ面内での膜厚の分布を抑制することができ、所望の厚みの領域をウエハ面内で多く確保し、１ウエハからのチップの採れ数を増やすことができる。
【符号の説明】
【００７２】
１０：成長基板
１５：ウエハ
２０：窒化物半導体層
２１：第１導電型半導体層
２２：活性層
２３：第２導電型半導体層
２４：Ａｌ含有層
３０：溝部
４０：埋込層
５０：支持基板
６０：接着層
７１：第１ブラッグ反射器
７２：第２ブラッグ反射器
９１：ｐ側電極
９２：ｎ側電極
９３：接続電極
９４：接着部材
【図１】
2010192824.tif 000003
【図２】
2010192824.tif 000004
【図３】
2010192824.tif 000005
【図４】
2010192824.tif 000006
【図５】
2010192824.tif 000007
【図６】
2010192824.tif 000008
【図７】
2010192824.tif 000009
【図８】
2010192824.tif 000010
【図９】
2010192824.tif 000011
【図１０】
2010192824.tif 000012
【図１１】
2010192824.tif 000013
【図１２】
2010192824.tif 000014