(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に３族窒化物半導体から成るｐ層とｎ層とを形成した３族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法において、
前記基板上に３族窒化物半導体から成る各層を形成し、
下層に対する電極形成のために、上層の一部をエッチングし、
露出された下層及び最上層に電極層を形成し、
当該下層及び最上層の電極層をも覆うようにマスクを形成したのち、当該マスクをエッチングマスクとして共振器の端面を形成するために前記各層をエッチングする
ことから成る３族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項２】
前記３族窒化物半導体は、AlXGaYIn1-X-YN(0≦X≦1,0≦Y≦1,0≦X+Y≦1)であることを特徴とする請求項１に記載の３族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項３】
前記基板は絶縁性基板から成ることを特徴とする請求項１に記載の３族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項４】
前記基板はサファイアから成ることを特徴とする請求項１に記載の３族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項５】
前記半導体レーザダイオードはAlxGa1-xNから成るクラッド層とInxGa1-xNから成る活性層とを有することを特徴とする請求項１に記載の３族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は３族窒化物半導体を用いたレーザダイオードの製造方法に関する。特に、レーザ−ダイオードの共振器の端面の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体（AlGaInN）から成る各層を形成して青色発光ダイオード(LED)，青色レーザダイオード(LD)とした素子が知られている。レーザダイオード(LD)の光を効率よく反射させて発振させるためには、共振器端面の垂直度及び平行度を高く保つ必要がある。この共振器端面を精度よく形成するためには、へき開によるのが良いが、上記素子では基板と素子層とが異種物質で形成されているためにへき開は困難である。このため、ドライエッチッグにより端面を形成することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、基板が絶縁性であることから、一対の電極は表面層側に形成する必要があり、上層の一部をエッチングして下層を露出させ、その露出した下層の表面に電極を形成している。従来は、この電極形成ためのエッチング工程で、共振器の端面をも形成している。
【０００４】
ところが、ドライエッチングの場合、エッチングの進行する先端部分では垂直度が低いために、共振器端面の垂直度を高くするためには、この共振器端面を越えて可なり深くエッチングする必要があった。この結果、電流供給層となる下層の層厚が薄くなり、その層の抵抗が増大し、駆動電圧が増大すると共に発光効率が低下した。又、共振器端面が形成された後に、上面に電極が蒸着により形成されるので、この電極形成工程において、端面が汚れるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、レーザダイオードにおける共振器端面の垂直度を向上させ、表面鏡面度を向上させ、下層の電流供給層の抵抗増加を抑制し、発光効率を向上させることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、発明の特徴は、基板上に３族窒化物半導体から成るｐ層とｎ層とを形成した３族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法において、基板上に３族窒化物半導体から成る各層を形成し、下層に対する電極形成のために、上層の一部をエッチングし、露出された下層及び最上層に電極層を形成し、当該下層及び最上層の電極層をも覆うようにマスクを形成したのち、当該マスクをエッチングマスクとして共振器の端面を形成するために各層をエッチングすることかを特徴とする。
【０００７】
３族窒化物半導体は、望ましくは、一般式AlXGaYIn1-X-YN(0≦X≦1,0≦Y≦1,0≦X+Y≦1)で表現される物質である。又、基板は、サファイア、SiC、Si等の絶縁性基板を用いることができる。さらに、望ましい形態として、上記方法で形成されるレーザダイオードは、AlxGa1-xNから成るクラッド層とInxGa1-xNから成る活性層とを有する。
【０００８】
【発明の作用及び効果】
本発明では、下層に対する電極形成のために、上層の一部のエッチング工程と、共振器端面形成のためのエッチング工程が別工程で実行される。よって、エッチング深さを独立して制御することができるために、電極形成のためのエッチング工程では、必要な下層面が露出するまでの深さとすることができる。又、共振器端面の形成のエッチングでは、垂直度が得られる深さまでエッチングすれば良い。この端面を形成するエッチングでは、その後、基板がその面に平行に切断されるため、その部分で下層が薄くなっても不都合はない。このように、電流路における下層の厚さは、端面形成のために薄くはならないため、その層の抵抗の増加を抑制することができる。よって、駆動電圧を低下させ、発振効率を向上させることができる。
【０００９】
さらに、電極形成のためのエッチングが完了した後、露出面に金属を蒸着して電極を形成し、その後に、共振器端面を形成するためのエッチングが行われるので、電極形成時の金属蒸着において、端面が汚染されることが防止され、端面の鏡面精度が向上し、発振効率が向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。なお本発明は下記実施例に限定されるものではない。
図１において、レーザダイオード１００は、サファイア基板１を有しており、そのサファイア基板１上に500ÅのAlNのバッファ層２が形成されている。そのバッファ層２の上には、順に、膜厚約2.2μｍ、電子濃度2×1018/cm3、Si濃度4×1018/cm3のシリコンドープGaNから成る高キャリア濃度ｎ+層３、膜厚約1.0μｍ、電子濃度2×1018/cm3、Si濃度4×1018/cm3のシリコンドープのAl0.08Ga0.92Nから成るｎ伝導型のクラッド層４、膜厚約0.05μｍのIn0.08Ga0.92Nから成る活性層５、膜厚約1.0μｍ、ホール濃度5×1017/cm3、濃度1×1020/cm3にマグネシウムがドープされたAl0.08Ga0.92Nから成るｐ伝導型のクラッド層６１、膜厚約0.2μｍ、ホール濃度7×1017/cm3、マグネシウム濃度2×1020/cm3のマグネシウムドープのGaNから成るコンタクト層６２が形成されている。そして、コンタクト層６２上にはSiO2層９が形成され、SiO2層９の窓部を介してコンタクト層６２に接合するNiから成る電極７が形成されている。さらに、高キャリア濃度ｎ+層３の上にその層３に接合するNiから成る電極８が形成されている。
【００１１】
次に、この構造のレーザダイオード１００の製造方法について説明する。ウエハのサファイア基板１上に図２に示すように、順次、各層が形成される。上記レーザダイオード１００は、有機金属化合物気相成長法(以下「M0VPE」と記す)による気相成長により製造された。
用いられたガスは、NH3とキャリアガスH2又はN2とトリメチルガリウム(Ga(CH3)3) （以下「TMG」と記す)とトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)（以下「TMA」と記す)とトリメチルインジウム(In(CH3)3)（以下「TMI」と記す)と、シラン(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2)(以下「CP2Mg」と記す）である。
【００１２】
まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面とする厚さ100〜400μｍの単結晶のサファイア基板１をM0VPE装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常圧でH2を流速2Liter/分で反応室に流しながら温度1100℃でサファイア基板１を気相エッチングした。
【００１３】
次に、温度を400℃まで低下させて、H2を20Liter／分、NH3を10Liter／分、TMAを1.8×10-5モル／分で供給してAlNのバッファ層２が約500Åの厚さに形成された。次に、サファイア基板１の温度を1150℃に保持し、H2を20Liter／分、NH3を10Liter／分、TMGを1.7×10-4モル／分、H2ガスにより0.86ppmに希釈されたシランを200ml/分で３０分供給して、膜厚約2.2μｍ、電子濃度2×1018/cm3、Si濃度4×1018/cm3のシリコンドープのGaNから成る高キャリア濃度ｎ+層３を形成した。
【００１４】
次に、サファイア基板１の温度を1100℃に保持し、N2又はH2を10Liter／分、NH3を10Liter／分、TMGを1.12×10-4モル／分、TMAを0.47×10-4モル／分、及び、H2ガスにより0.86ppmに希釈されたシランを10×10-9mol/分で、60分供給して、膜厚約1μｍ、電子濃度2×1018/cm3、Si濃度4×1018/cm3のシリコンドープのAl0.08Ga0.92Nから成るｎ伝導型のクラッド層４を形成した。
【００１５】
続いて、温度を850℃に保持し、N2又はH2を20Liter／分、NH3を10Liter／分、TMGを1.53×10-4モル／分、及び、TMIを0.02×10-4モル／分で、6分間供給して0.05μｍのIn0.08Ga0.92Nから成る活性層５を形成した。
【００１６】
続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2を20Liter／分、NH3を10Liter／分、TMGを1.12×10-4モル／分、TMAを0.47×10-4モル／分、及び、CP2Mgを2×10-4モル／分で60分間導入し、膜厚約1.0μｍのマグネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga0.92Nから成るｐ伝導型のクラッド層６１を形成した。クラッド層６１のマグネシウムの濃度は1×1020/cm3である。この状態では、クラッド層６１は、まだ、抵抗率108Ωcm以上の絶縁体である。
【００１７】
続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2を20Liter／分、NH3を10Liter／分、TMGを1.12×10-4モル／分、及び、CP2Mgを4×10-4モル／分の割合で4分間導入し、膜厚約0.2μｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaNから成るコンタクト層６２を形成した。コンタクト層６２のマグネシウムの濃度は2×1020/cm3である。この状態では、コンタクト層６２は、まだ、抵抗率108Ωcm以上の絶縁体である。
【００１８】
次に、電子線照射装置を用いて、コンタクト層６２、クラッド層６１に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件は、加速電圧約10KV、試料電流1μＡ、ビームの移動速度0.2mm/sec、ビーム径60μｍφ、真空度5.0×10-5Torrである。この電子線の照射により、コンタクト層６２、クラッド層６１は、それぞれ、ホール濃度7×1017/cm3，5×1017/cm3、抵抗率2Ωcm，0.8Ωcmのｐ伝導型半導体となった。このようにして、多層構造のウエハが得られた。
【００１９】
次に、図２に示すように、コンタクト層６２の上に、スパッタリングによりSiO2層９を2000Åの厚さに形成し、そのSiO2層９上にフォトレジスト１１を塗布した。そして、図３に示すように、フォトリソグラフにより、コンタクト層６２上において、高キャリア濃度ｎ+層３に対する電極形成部位Ａのフォトレジスト１１を除去した。次に、フォトレジスト１１によって覆われていないSiO2層９をフッ化水素酸系エッチング液で除去した。
【００２０】
次に、フォトレジスト１１及びSiO2層９によって覆われていない部位Ａのコンタクト層６２、クラッド層６１、活性層５、クラッド層４を、真空度0.04Torr、高周波電力0.44W/cm2でBCl3ガスを10ml/分の割合で供給しドライエッチングした後、Arでドライエッチングした。この工程で、図４に示すように、高キャリア濃度ｎ+層３に対する電極取出しのための孔Ａが形成された。
【００２１】
次に、残されたSiO2層９に対して、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィ工程、湿式エッチングを行い、図５に示すように、SiO2層９のコンタクト層６２の電極形成部位に窓９Ａを形成した。
【００２２】
次に、ウエハの上全面に、一様にNiを蒸着し、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程を経て、図６に示すように、高キャリア濃度ｎ+層３及びコンタクト層６２に対する電極８，７を形成した。
【００２３】
次に、共振器端面を形成するためのドライエッチングを次のように行った。ウエハの全上面に一様にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィにより、SiO2層９を共振器の長さ（ｙ軸方向）の幅だけ残し、さらに、SiO2層９の中央部において、ｙ軸方向に長さ、ｘ軸方向に幅を有するストライプ状の窓の部分が除去された。そして、共振器の長さの幅でｘ軸に沿って覆われたレジストマスク１２が、図６に示すように形成された。
【００２４】
次に、真空度0.04Torr、高周波電力0.44W/cm2でBCl3ガスを10ml/分の割合で供給し、レジストマスク１２で覆われていない窓の部分をサファイア基板１が露出するまで、ドライエッチングした。この後、レジストマスク１２を除去して、図７に示すように、基板１に対する垂直度及びと端面間の平行度が高い活性層５の共振器端面Ｓが得られた。
【００２５】
次に、共振器端面Ｓを保護するために、共振器端面ＳにSiO2をスパッタリングにより蒸着した。
【００２６】
その後、上記の如く処理されたウエハをｘ軸方向にスクライビングし、レーザの共振器の長さ方向（ｙ軸）に沿って短冊状にダイシンクし、その各短冊片をスクライブ溝を利用してｘ軸方向に加圧切断して、図１に示す構成のレーザダイオードチップを得た。
【００２７】
このようにして得たレーザダイオード１００は、駆動電流は1000ｍＡにて発光出力10ｍＷ，発振ピーク波長380ｎｍであった。
【００２８】
尚、上記実施例において、活性層５はIn0.08Ga0.92N、クラッド層４、６１はAl0.08Ga0.92Nで構成したが、一般式、AlXGaYIn1-X-YN(0≦X≦1,0≦Y≦1,0≦X+Y≦1)で表される２元、３元、４元の任意の３族窒化物半導体を用いることができる。この時、活性層とクラッド層の組成比は、ダブルヘテロ接合を形成する場合には、活性層のバンドギャップがクラッド層のバンドギャップよりも狭くなり、格子定数が整合するように選択すれば良い。又、４元の任意の３族窒化物半導体を用いる場合には、バンドギャップと格子定数を独立変化させることができるので、各層での格子定数を一致させたダブルヘテロ接合が可能となる。ダブルヘテロ接合に構成するのが望ましいが、本発明はダブルヘテロ接合に限定されるものではなく、シングルヘテロ接合、ホモ接合等であっても良く、活性層に多重量子井戸構造、単量子井戸構造を採用しても良い。
【００２９】
上記の実施例において、電極８の形成時のエッチング工程のマスクには、SiO2の他、金属、レジスト等、ドライエッチングに対する耐エッチング性があり、下層のGaN系の半導体に対して選択的にエッチング又は剥離できるものなら採用できる。さらに、共振器端面を形成するためのエンチング工程のマクスにはフォトレジストを用いたが、その他、SiO2等のドライエッチングに対する耐エッチング性があり、下層の電極７、８に対して、選択的にエッチング又は剥離できるものなら採用できる。
【００３０】
又、電極を形成するためのエッチングは、ドライエッチングに代えてウエットエッチングを用いても良い。共振器端面の形成のドライエッチングの方法は、ＲＩＢＥ（リアクティブイオンビームエッチング）を用いるのが良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の具体的な実施例に係る発光ダイオードの構成を示した構成図。
【図２】  同実施例のレーザダイオードの製造工程を示した断面図。
【図３】  同実施例のレーザダイオードの製造工程を示した断面図。
【図４】  同実施例のレーザダイオードの製造工程を示した断面図。
【図５】  同実施例のレーザダイオードの製造工程を示した断面図。
【図６】  同実施例のレーザダイオードの製造工程を示した斜視断面図。
【図７】  同実施例のレーザダイオードの構造を示した斜視断面図。
【符号の説明】
100…レーザダイオード
１…サファイア基板
２…バッファ層
３…高キャリア濃度ｎ+層
４…クラッド層（ｎ層）
５…活性層
６１…クラッド層（ｐ層）
６２…コンタク層
７，８…金属電極
９…SiO2層
１２…フォトレジスト
【図１】
0003727106.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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