(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１の半導体層を形成する工程と、
前記第１の半導体層上に、ストライプ状開口部を有する選択成長マスクを形成する工程と、
前記ストライプ状開口部内に露出した前記第１の半導体層上および前記選択成長マスク上に第２の半導体層を形成する工程と、
前記第２の半導体層上の前記選択成長マスク上の領域に、前記ストライプ状開口部の長手方向に平行な第１の方向に沿って延びるストライプ状の発光領域を有する素子領域を含む第３の半導体層を形成する工程と、
前記第１の方向に沿って前記選択成長マスクの領域で前記基板を分割することにより半導体素子を含む複数の構造体を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記発光領域に共振器を形成する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記複数の構造体を形成する工程前に、前記共振器を形成する工程を行うことを特徴とする請求項２記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記共振器を形成する工程は、エッチングにより共振器端面を形成する工程を含むことを特徴とする請求項３記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記共振器を形成する工程は、前記共振器端面に誘電体膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項４記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記複数の構造体を形成する工程前に、前記第１の方向に沿って前記第３の半導体層の一部領域を除去することにより前記第１の方向に沿って延びるメサ構造を形成する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１の半導体層、第２の半導体層および第３の半導体層はIII 族窒化物系半導体からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記基板はサファイアからなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記選択成長マスクは非晶質材料または多結晶材料からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記選択成長マスクは誘電体または高融点金属からなることを特徴とする請求項９記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記選択成長マスクは酸化物または窒化物からなることを特徴とする請求項１０記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、選択成長マスクを用いた選択横方向成長により半導体層を形成する半導体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、ＧａＮ系半導体を利用した半導体素子、例えば発光レーザ素子等の半導体発光素子、あるいはトランジスタ等の電子素子の開発が盛んに行われている。このようなＧａＮ系半導体素子の製造の際には、ＧａＮからなる基板の製造が困難であるため、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ等からなる基板上にＧａＮ系半導体層をエピタキシャル成長させている。
【０００３】
この場合、サファイア等の基板とＧａＮとでは格子定数が異なるため、サファイア等の基板上に成長させたＧａＮ系半導体層においては、基板から上下方向に延びる貫通転位（格子欠陥）が存在しており、その転位密度は１０９  ｃｍ−２程度である。このようなＧａＮ系半導体層における貫通転位は、半導体素子の素子特性の劣化および信頼性の低下を招く。
【０００４】
ここで、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）もしくはＴｌＮ（窒化タリウム）またはこれらの混晶等のＩＩＩ  −Ｖ族窒化物系半導体およびこれら混晶にＡｓ、ＰおよびＳｂのうち少なくとも一つの元素を含む混晶等のＩＩＩ  −Ｖ族窒化物系半導体を窒化物系半導体と呼ぶ。
【０００５】
上記のような窒化物系半導体層における貫通転位を低減する方法として、応用電子物性分科会誌（１９９８）の第５３頁から第５８頁には、選択横方向成長（ＥＬＯ：Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）が示されている。以下に、選択横方向成長について説明する。
【０００６】
例えば、サファイア基板の面上に、アンドープＧａＮ層を形成する。さらに、アンドープＧａＮ層上に、選択成長マスクとして所定の周期で複数のストライプ状のＳｉＯ２  膜を形成する。
【０００７】
ＳｉＯ２  膜の形成後、アンドープＧａＮ層上およびＳｉＯ２  膜上に、アンドープの再成長ＧａＮ層を成長させる。ここで、ＳｉＯ２  膜上においてはＧａＮが成長しにくいため、成長初期の再成長ＧａＮ層は、ストライプ状のＳｉＯ２  膜の間で露出したアンドープＧａＮ層上に選択的に成長する。この場合、アンドープＧａＮ層上において、再成長ＧａＮ層はｃ軸方向に成長する。このような再成長ＧａＮ層の成長においては、アンドープＧａＮ層からｃ軸方向に貫通転位が延びる。
【０００８】
上記のアンドープＧａＮ層上における再成長ＧａＮ層の成長が進むと、再成長ＧａＮ層はさらに横方向にも成長する。このような再成長ＧａＮ層の横方向成長により、ＳｉＯ２  膜上に再成長ＧａＮ層が形成される。
【０００９】
ここで、アンドープＧａＮ層からｃ軸方向に延びる貫通転位は、上記のようなＳｉＯ２  膜上における再成長ＧａＮ層の横方向成長に伴い、横方向すなわちアンドープＧａＮ層の（０００１）面と平行な方向に折れ曲がる。それにより、ＳｉＯ２  膜上の再成長ＧａＮ層の領域においては、ｃ軸方向に延びる貫通転位が低減される。したがって、再成長ＧａＮ層の表面においては転位の低減が図られる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ＳｉＯ２  膜上の再成長ＧａＮ層の領域は、ＳｉＯ２  膜が形成されていない領域上の再成長ＧａＮ層の領域に比べて膜厚が小さい。このため、ＳｉＯ２  膜上の再成長ＧａＮ層の領域は、ストライプ状のＳｉＯ２  膜の長手方向に沿って割れやすい。
【００１１】
また、この場合においては、ＳｉＯ２  膜の中央部の上部の再成長ＧａＮ層の領域に、横方向に折れ曲がった転位が集中する部分が発生している。このため、ＳｉＯ２  膜の中央部の上部の再成長ＧａＮ層の領域は特に割れやすい。
【００１２】
さらに、ＳｉＯ２  膜の中央部の上部の再成長ＧａＮ層の領域においては、横方向成長した再成長ＧａＮ層が合体して連続膜となる際に、ボイドが発生するおそれがある。このようなボイドが発生した場合、ＳｉＯ２  膜の中央部の上部の再成長ＧａＮ層の領域はさらに割れやすくなる。
【００１３】
ところで、一般的に、半導体レーザ素子の製造の際には、基板上に複数の半導体レーザ素子を同時に形成した後、半導体レーザ素子の共振器長の方向に垂直な方向に沿って基板をスクライブ、タイシング等の方法により分割し、その後、分割された基板を半導体レーザ素子の共振器長の方向と平行な方向に沿ってさらに分割することにより個々の半導体レーザ素子に分離する。
【００１４】
ＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）等のエッチングにより半導体レーザ素子の共振器構造を形成する場合には、基板を個々の半導体レーザ素子に分離する前に、基板上の複数の半導体レーザ素子にエッチングにより同時に共振器端面を形成した後、基板を共振器端面と平行な方向（共振器長と垂直な方向）に沿って分割し、その後、分割された基板を共振器端面に垂直な方向（共振器長の方向）に沿って分割し、個々の半導体レーザ素子に分離する。これにより、共振器構造の形成工程の煩雑さが低減される。
【００１５】
このような従来の半導体レーザ素子の製造方法を上記の選択横方向成長を用いた窒化物系半導体レーザ素子に適用する場合には次のようになる。
【００１６】
まず、上記の選択横方向成長によりストライプ状のＳｉＯ２  膜を用いて基板上に再成長ＧａＮ層を形成し、その再成長ＧａＮ層上にストライプ状の発光領域を有する窒化物系半導体層を形成することにより、基板上に複数の半導体レーザ素子を作製する。この場合、ストライプ状の発光領域をストライプ状のＳｉＯ２  膜と平行に配置する。そして、スクライブ、タイシング等の方法によりストライプ状のＳｉＯ２  膜の長手方向と垂直な方向に沿って基板を分割し、その後、分割された基板をストライプ状のＳｉＯ２  膜の長手方向に沿ってさらに分割して個々の半導体レーザ素子に分離する。
【００１７】
しかしながら、上記の従来の半導体レーザ素子の製造方法では、前述のようにＳｉＯ２  膜の上部の再成長ＧａＮ層の領域が割れやすいため、基板をストライプ状のＳｉＯ２  膜の長手方向と垂直な方向に沿って分割する際に、ＳｉＯ２  膜の上部の再成長ＧａＮ層の領域においてＳｉＯ２  膜の長手方向に不要なクラックが発生する。このようなクラックの発生によりＳｉＯ２  膜の長手方向と垂直な方向において直線的に素子を分割することが困難となる。
【００１８】
また、エッチングにより半導体レーザ素子の共振器構造を形成する場合には、基板上の複数の半導体レーザ素子にエッチングにより同時に共振器端面を形成した後、基板をストライプ状のＳｉＯ２  膜の長手方向と垂直な共振器端面に沿って正確に分割する必要がある。しかしながら、このとき、上記のようにＳｉＯ２  膜の長手方向に不要なクラックが発生するため、共振器端面の位置に合わせて基板を正確に分割することが困難となり、半導体レーザ素子の歩留りの低下を招く。
【００１９】
サファイア等のへき開性を有さない基板を用いた場合には、特に共振器端面に沿って正確に基板を分割することが困難である。
【００２０】
本発明の目的は、素子分離工程におけるクラックの発生を防止して歩留りの向上を図ることが可能な半導体素子の製造方法を提供することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係る半導体素子の製造方法は、基板上に第１の半導体層を形成す
る工程と、第１の半導体層上に、ストライプ状開口部を有する選択成長マスクを
形成する工程と、ストライプ状開口部内に露出した第１の半導体層上および選択
成長マスク上に第２の半導体層を形成する工程と、ストライプ状開口部の長手方
向に平行な第１の方向に沿って選択成長マスクの領域で基板を分割することによ
り複数の構造体を形成する工程とを備えたものである。
【００２６】
本発明に係る半導体素子の製造方法においては、基板上に第１の半導体層が形成され、第１の半導体層上に、ストライプ状開口部を有する選択成長マスクが形成され、ストライプ状開口部内に露出した第１の半導体層上および選択成長マスク上に第２の半導体層が形成される。そして、ストライプ状開口部の長手方向に平行な第１の方向に沿って選択成長マスクの領域で基板が分割されて複数の構造体が形成される。
【００２７】
選択成長マスクの領域上の第２の半導体層には第１の方向に沿って転位が集中しているので、選択成長マスクの領域で基板を分割することにより第２の半導体層にクラックが発生することなく基板を第１の半導体層および第２の半導体層とともに複数の構造体に容易に分離することができる。したがって、歩留りの向上を図ることができる。
【００２８】
第２の半導体層上に、素子領域を含む第３の半導体層を形成する工程をさらに備えてもよい。この場合、第２の半導体層および第３の半導体層にクラックが発生することなく基板を複数の構造体に容易に分離することができる。
【００２９】
素子領域が、第１の方向に沿って延びるストライプ状の発光領域を含んでもよい。この場合、発光領域が選択成長マスクの長手方向に沿って延びるので、転位密度の少ない領域のみに発光領域を形成でき、発光領域の結晶性が良好となる。
【００３０】
発光領域に共振器を形成する工程をさらに備えてもよい。この場合、共振器長の方向が選択成長マスクの長手方向に沿って延びるので、転位密度の少ない領域のみに共振器を形成でき、共振器の結晶性が良好となる。
【００３１】
複数の構造体を形成する工程前に、共振器を形成する工程を行ってもよい。この場合、基板を分割する前に共振器が形成されるので、複数の半導体素子の共振器を同時に作製することができる。
【００３２】
共振器を形成する工程が、エッチングにより共振器端面を形成する工程を含んでもよい。この場合、基板を分割する前に複数の半導体素子の共振器端面を容易に形成することができる。
【００３３】
共振器を形成する工程が、共振器端面に誘電体膜を形成する工程をさらに含んでもよい。この場合、基板を分割する前に複数の半導体素子の共振器端面に誘電体膜を同時に形成することができる。
【００３４】
複数の構造体を形成する工程前に、第１の方向に沿って第３の半導体層の一部領域を除去することにより第１の方向に沿って延びるメサ構造を形成する工程をさらに備えてもよい。これにより、基板を第１の方向に沿って容易に分割することが可能となる。
【００３５】
第１の半導体層、第２の半導体層および第３の半導体層がＩＩＩ  族窒化物系半導体からなってもよい。本発明に係る製造方法によれば、第１の半導体層、第２の半導体層および第３の半導体層が硬度の高い窒化物系半導体からなる場合にも、基板を第１、第２および第３の半導体層とともに分離して複数の半導体素子に容易に分割することができる。
【００３６】
基板がサファイアからなってもよい。本発明に係る半導体素子の製造方法によれば、基板がへき開性を有さないサファイアからなる場合でも、基板を分割して複数の半導体素子を容易に形成することが可能となる。
【００３７】
選択成長マスクが非晶質材料または多結晶材料からなってもよい。選択成長マスクが誘電体または高融点金属からなってもよい。選択成長マスクが酸化物または窒化物からなってもよい。
【００３８】
この場合、選択成長マスクのストライプ状開口部内に露出した第１の半導体層上に第２の半導体層を選択的に成長させることが可能になり、また、選択成長マスク上において第２の半導体層を横方向成長させることが可能となる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図１〜図１２は本発明の第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工程図である。なお、本例においては、半導体素子として半導体レーザ素子について説明する。
【００４０】
図１に示すように、サファイア基板１のＣ面上に、アンドープのＡｌＧａＮからなるＡｌＧａＮ第１バッファ層２およびアンドープのＧａＮからなるＧａＮ第２バッファ層３を順に成長させる。この場合、大気圧下において、表１に示す成長条件でＭＯＶＰＥ法（有機金属化学的気相成長法）によりＡｌＧａＮ第１バッファ層２およびＧａＮ第２バッファ層３を成長させる。
【００４１】
【表１】
0003588285.tif 000002
【００４２】
ここで、表中のＴＭＧａはトリメチルガリウムを表しており、ＴＭＡｌはトリメチルアルミニウムを表わしている。この場合、原料ガスとして供給されるＴＭＧａはガリウム源であり、ＴＭＡｌはアルミニウム源であり、ＮＨ３  は窒素源である。
【００４３】
上記のようにしてＧａＮ第２バッファ層３を形成した後、例えばＥＣＲプラズマＣＶＤ法（電子サイクロトロン共鳴プラズマ化学的気相堆積法）により、ＧａＮ第２バッファ層３の上面全体に膜厚が０．５μｍのＳｉＯ２  膜を形成する。続いて、フォトリソグラフィー技術を用いて、ＳｉＯ２  膜の所定のストライプ状の領域をウェットエッチングする。それにより、複数のストライプ状開口部を有する選択成長マスク２１を形成する。選択成長マスク２１の幅は３５μｍである。また、選択成長マスク２１の開口部は、周期が４０μｍであり、幅が５μｍでありかつＧａＮの［１１−２０］方向と平行な方向に延びる。このようにして形成した選択成長マスク２１の開口部内において、ＧａＮ第２バッファ層３を露出させる。
【００４４】
なお、上記においては、フッ酸とフッ化アンモニウムの混合液からなるバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いてＳｉＯ２  膜のウェットエッチングを行う。この場合、ＳｉＯ２  膜は、ＧａＮ第２バッファ層３に比べて極めてＢＨＦによりエッチングされやすい。したがって、上記のウェットエッチングにおいては、ＧａＮ第２バッファ層３をエッチングすることなく、選択的にＳｉＯ２  膜の所定のストライプ状の領域をエッチングし、これを完全に除去することができる。
【００４５】
次に、図２に示すように、選択成長マスク２１上および開口部内で露出したＧａＮ第２バッファ層３上に、アンドープのＧａＮからなるＧａＮ第３バッファ層４を成長させる。ここで、ＧａＮ第３バッファ層４の成長時においては、まず開口部内で露出したＧａＮ第２バッファ層３上に選択的にＧａＮ第３バッファ層４が成長するように成長条件を適切に調整する。この場合においては、例えば７６Ｔｏｒｒの減圧下において、表２に示す成長条件でＭＯＶＰＥ法によりＧａＮ第３バッファ層４を成長させる。
【００４６】
【表２】
0003588285.tif 000003
【００４７】
以下に、上記のＧａＮ第３バッファ層４の成長の詳細について説明する。上記のような成長条件においてＧａＮ第３バッファ層４を成長させることにより、ＧａＮ第３バッファ層４は、まず選択成長マスク２１の開口部内で露出したＧａＮ第２バッファ層３上に選択的に成長する。この場合、露出したＧａＮ第２バッファ層３上においてＧａＮ第３バッファ層４は図中の矢印Ｙの方向（ｃ軸方向）に成長する。このようにして成長したＧａＮ第３バッファ層４においては、ＧａＮ第２バッファ層３からｃ軸方向に貫通転位が伝播する。
【００４８】
露出したＧａＮ第２バッファ層３上に引続きＧａＮ第３バッファ層４を成長させると、ＧａＮ第３バッファ層４は、ＧａＮ第２バッファ層３上において矢印Ｙの方向に成長するとともに、矢印Ｘの方向すなわち横方向にも成長し始める。それにより、選択成長マスク２１上にＧａＮ第３バッファ層４が形成される。
【００４９】
選択成長マスク２１上におけるＧａＮ第３バッファ層４の横方向成長が進むと、横方向成長してきたＧａＮ第３バッファ層４同士が合体して連続膜となる。このようにして、選択成長マスク２１上および開口部内で露出したＧａＮ第２バッファ層３上にＧａＮ第３バッファ層４が形成される。
【００５０】
上記のような選択成長マスク２１上におけるＧａＮ第３バッファ層４の横方向成長において、貫通転位はほとんど発生しない。ここで、選択成長マスク２１上におけるＧａＮ第３バッファ層４の横方向成長に伴い、ＧａＮ第２バッファ層３からｃ軸方向に延びる貫通転位は、横方向（矢印Ｘの方向）すなわちＧａＮ第２バッファ層３の（０００１）面に平行な方向に折れ曲がる。それにより、ＧａＮ第３バッファ層４の転位が一様に低減される。さらに、選択成長マスク２１上の中央部を除いて、選択成長マスク２１上に転位密度の特に低減された領域が形成される。なお、この場合、選択成長マスク２１の中央部上のＧａＮ第３バッファ層４の領域において、横方向に折れ曲がった転位の集中する部分が選択成長マスク２１の長手方向に沿って発生している。
【００５１】
続いて、ＧａＮ第３バッファ層４上に、ＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ−ＧａＮコンタクト層５、ＳｉがドープされたＡｌ０．１５Ｇａ０．８  Ｉｎ０．０５Ｎからなるｎ−ＡｌＧａＩｎＮクラック防止層６、ＳｉがドープされたＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなるｎ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層７、ＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ−ＧａＮ第１クラッド層８、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ（多重量子井戸）発光層９、ＭｇがドープされたＧａＮからなるｐ−ＧａＮ第１クラッド層１０およびＭｇがドープされたＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなるｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１を順に成長させる。この場合においては、大気圧下において、表３に示す成長条件でＭＯＶＰＥ法により各層５〜１１を成長させる。
【００５２】
【表３】
0003588285.tif 000004
【００５３】
ここで、表中のＴＭＩｎはトリメチルインジウムを表わしている。この場合、ＴＭＩｎはインジウム源である。また、ＳｉＨ４  （シランガス）はｎ型のドーパントガスであり、Ｃｐ２  Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）はｐ型のドーパントガスである。
【００５４】
なお、上記のＭＱＷ発光層９は、膜厚４ｎｍの５つのアンドープＧａＮ障壁層と、膜厚４ｎｍの４つの圧縮歪みのアンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ井戸層とを交互に積層してなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有する。
【００５５】
続いて、ｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１の上面全体に、例えばＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、膜厚が０．２μｍのＳｉＯ２  膜を形成する。続いて、フォトリソグラフィー技術を用いて、このＳｉＯ２  膜の中央部の幅が２μｍのストライプ状の領域を除く領域をウェットエッチングし、ｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１を露出させる。このようにして、ｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１の中央部の所定領域上に幅が２μｍのストライプ状のＳｉＯ２  膜２２を形成する。ＳｉＯ２  膜のウェットエッチングにおいては、エッチャントとしてＢＨＦを用いる。この場合、ｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１はＢＨＦによりエッチングされないため、ＳｉＯ２  膜を選択的にエッチングすることができる。
【００５６】
なお、上記においてはＳｉＯ２  膜２２を形成しているが、ＳｉＯ２  膜２２の代わりに、ＳｉＯ２  以外のシリコン酸化物からなる膜を形成してもよい。
【００５７】
さらに、図３に示すように、上記のＳｉＯ２  膜２２をマスクとして用いて、例えばＲＩＥ法により、ｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１の所定領域をエッチングしてｐ−ＧａＮ第１クラッド層１０を露出させる。このようにして、リッジ状のｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１を形成する。なお、この場合においては、エッチングガスとして例えばＣＦ４  を用いる。
【００５８】
さらに、図４に示すように、露出したｐ−ＧａＮ第１クラッド層１０上およびリッジ状のｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１の側面に、ＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ−ＧａＮ電流狭窄層１４を成長させる。この場合、露出したｐ−ＧａＮ第１クラッド層１０上およびｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１の側面に選択的にｎ−ＧａＮ電流狭窄層１４が成長するように成長条件を適切に調整する。例えば、７６Ｔｏｒｒの減圧下において、表４に示す成長条件でＭＯＶＰＥ法により、ｎ−ＧａＮ電流狭窄層１４を成長させる。
【００５９】
【表４】
0003588285.tif 000005
【００６０】
表４に示すように、ｎ−ＧａＮ電流狭窄層１４の成長時には、ｐ−ＧａＮ第１クラッド層１０およびｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１の成長時に比べて基板温度を約１００℃上昇させるとともに、原料ガスのＮＨ３  の流量を約３倍にする。それにより、露出したｐ−ＧａＮ第１クラッド層１０上およびリッジ状のｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１の側面に選択的にｎ−ＧａＮ電流狭窄層１４を成長させることができる。
【００６１】
ｎ−ＧａＮ電流狭窄層１４の形成後、図５に示すように、フッ酸系エッチャントを用いてｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１のリッジ部の上面のＳｉＯ２  膜２２を除去し、ｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１を露出させる。この露出したｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１の上面と、ｎ−ＧａＮ電流狭窄層１４の上面および側面とに、ＭｇがドープされたＧａＮからなるｐ−ＧａＮコンタクト層１２を成長させる。この場合、大気圧下において、表５に示す条件でＭＯＶＰＥ法により、ｐ−ＧａＮコンタクト層１２を成長させる。
【００６２】
【表５】
0003588285.tif 000006
【００６３】
このようにして成長させたｐ−ＧａＮコンタクト層１２は、リッジ状のｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１の上部にリッジ部を有する。
【００６４】
図６に示すように、メタルマスク（図示せず）を用いたＥＢ蒸着法により、ｐ−ＧａＮコンタクト層１２のリッジ部の上面に、膜厚が３〜５μｍであり幅が１０μｍであるストライプ状のＮｉマスク１８を形成する。
【００６５】
図７に示すように、Ｎｉマスク１８を用いて、例えばＲＩＥ法により、ｐ−ＧａＮコンタクト層１２からｎ−ＧａＮコンタクト層５までの一部領域をエッチングし、ｎ−ＧａＮコンタクト層５の所定領域を露出させる。このようにして、幅Ｗ１  が１０μｍであるメサ構造を形成する。この場合、例えばＣＦ４  をエッチングガスとして用いる。上記のエッチングの後、塩酸等を用いてＮｉマスク１８を除去する。
【００６６】
図１〜図７においては、サファイア基板１上に形成される１つの半導体レーザ素子の製造工程について説明したが、サファイア基板１上には、図８に示すように、複数の半導体レーザ素子が同時に形成される。この状態では、サファイア基板１上において複数の半導体レーザ素子が選択成長マスク２１の長手方向と平行な方向に沿って複数列に配列され、各列の複数の半導体レーザ素子が一体化されている。
【００６７】
図８に示すように、選択成長マスク２１の長手方向と垂直な方向に沿った一定幅の帯状領域を除いて、半導体レーザ素子の上面、側面および露出したｎ−ＧａＮコンタクト層５上に、ＥＢ蒸着法により、膜厚が２０ｎｍのＮｉマスク１９を形成する。なお、上記の帯状領域は、例えば４０μｍの幅を有し、周期３００μｍで配置される。
【００６８】
さらに、図９に示すように、Ｎｉマスク１９を用いて、例えばＲＩＥ法により、Ｎｉマスク１９が形成されていない帯状領域のｐ−ＧａＮコンタクト層１２からＧａＮ第３バッファ層４まで、およびｎ−ＧａＮコンタクト層５からＧａＮ第３バッファ層４までを、サファイア基板１のＣ面に対して垂直にエッチングする。このようなエッチングにより共振器端面を形成し、共振器長が約３００μｍであり選択成長マスク２１の長手方向と平行に延びるストライプ状の共振器を半導体レーザ素子に形成する。なお、この場合においては、エッチングガスとして例えばＣＦ４  を用いる。このようなエッチングの後、Ｎｉマスク１９を塩酸等を用いて除去する。
【００６９】
さらに、半導体レーザ素子の各共振器端面に、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法、ＥＢ蒸着法等により、共振器端面に対して例えば約４５°の入射角でＳｉ３  Ｎ４  、ＳｉＯ２  、Ａｌ２  Ｏ３  、ＴｉＯ２  、ＺｒＯ２  等を順に蒸着し、端面高反射膜または端面低反射膜として誘電体多層膜２０を形成する。
【００７０】
さらに、図１０に示すように、露出したｐ−ＧａＮコンタクト層１２からｎ−ＧａＮコンタクト層５までの側面およびｎ−ＧａＮコンタクト層５の上面に、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法、ＥＢ蒸着法等により、Ｓｉ３  Ｎ４  等の絶縁膜１７を形成する。なお、絶縁膜１７の形成は、共振器端面における誘電体多層膜２０の形成と同時に行ってもよい。
【００７１】
その後、ｎ電極形成領域に形成された絶縁膜１７をエッチングして除去し、ｎ電極形成領域のｎ−ＧａＮコンタクト層５を露出させる。このように露出したｎ−ＧａＮコンタクト層５の表面にＡｕ膜およびＴｉ膜を順に積層し、ｎ電極１６を形成する。また、ｐ−ＧａＮコンタクト層１２上にＡｕ膜およびＰｔ膜を順に積層し、ｐ電極１５を形成する。
【００７２】
その後、選択成長マスク２１の中央部を通る図中の一点鎖線Ａで示す位置で、スクライブ、ダイシング等により、選択成長マスク２１の長手方向に沿ってサファイア基板１とともに各層２〜５を分割し、図１１に示すような１列に配列された複数の半導体レーザ素子を含む幅Ｌｔ  が４００μｍの半導体レーザ素子構造体３００に分離する。
【００７３】
ここで、前述のように、選択成長マスク２１の中央部上のＧａＮ第３バッファ層４の領域においては、横方向に折れ曲がった転位が集中する部分が選択成長マスク２１の長手方向に沿って発生している。また、選択成長マスク２１上のＧａＮ第３バッファ層４の領域は、選択成長マスク２１が形成されていないＧａＮ第３バッファ層４の領域に比べて膜厚が小さい。このため、上記のように選択成長マスク２１の中央部の領域においてサファイア基板１を分割すると、クラックが発生することなく容易に半導体レーザ素子構造体３００に分離することができる。
【００７４】
また、選択成長マスク２１の長手方向に沿ってｐ−ＧａＮコンタクト層１２からｎ−ＧａＮコンタクト層５までの一部領域をエッチングすることにより選択成長マスク２１の長手方向に沿って延びるメサ構造が形成されるので、サファイア基板１を選択成長マスク２１の長手方向に沿って容易に分割することが可能となる。
【００７５】
続いて、図１１の半導体レーザ素子構造体３００の共振器端面の間のエッチングされた部分において、さらにサファイア基板１とともに各層２〜４を分割する。このようにして、図１２に示す半導体レーザ素子に分離する。なお、図１２においては、半導体レーザ素子の内部構造を示すため、共振器端面に形成された誘電体多層膜２０を省略して示している。
【００７６】
この場合、図１１の工程で、最初に選択成長マスク２１の長手方向に沿ってサファイア基板１を各層２〜５とともに分割しているため、半導体レーザ素子構造体３００は共振器端面に平行な方向において短い幅Ｌｔ  を有する。したがって、選択成長マスク２１の長手方向と垂直な方向に沿ってサファイア基板１を各層２〜４とともに分割する際においては切断する長さが短い。そのため、選択成長マスク２１上のＧａＮ第３バッファ層４の領域において、選択成長マスク２１の長手方向に不要なクラックが発生しにくい。それにより、共振器端面の位置に合わせて直線的に正確にサファイア基板１を各層２〜４とともに分割し、個々の半導体レーザ素子に分離することが可能である。
【００７７】
以上のように、図１〜図１２に示す本発明の第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法によれば、素子分離工程におけるクラックの発生を防止できるとともに、所望の位置において正確に個々の半導体レーザ素子に分離することが可能となる。特に、共振器端面の位置に合わせて正確に半導体レーザ素子を分離することができるため、図１２に示す半導体レーザ素子を高い歩留りで製造することが可能となる。
【００７８】
また、へき開性を有さないサファイア基板１上に硬度の高い窒化物系半導体からなる各層２〜１２，１４を形成した場合でも、サファイア基板１を窒化物系半導体からなる各層２〜１２，１４とともに分割して複数の半導体レーザ素子を容易に形成することが可能となる。
【００７９】
また、上記の半導体レーザ素子の製造方法においては、素子分離工程の前に、サファイア基板１上の複数の半導体レーザ素子について共振器端面の形成、誘電体多層膜２０の形成を行うため、共振器構造の形成工程の煩雑さが低減される。このように、上記の半導体レーザ素子の製造方法においては、素子分離を行わないで共振器端面を形成できる方法、例えば上記のようなドライエッチング等が有効である。
【００８０】
また、上記の半導体レーザ素子の製造方法においては、選択成長マスク２１を用いてＧａＮ第３バッファ層４を横方向成長させている。このため、ＧａＮ第３バッファ層４において一様に貫通転位の低減が図られる。したがって、ＧａＮ第３バッファ層４上に形成された各層５〜１２，１４において良好な結晶性が得られる。さらに、選択成長マスク２１上の中央部を除いて、選択成長マスク２１上に転位密度の特に低減された領域が形成される。それにより、図１２の半導体レーザ素子においては、素子特性および信頼性の向上が図られる。
【００８１】
なお、この場合、選択成長マスク２１上の中央部上に形成された各層５〜１２，１４において、転位が発生する部分が線状に発生する。上記実施例においては、選択成長マスク２１上の中央部を除く領域に、選択成長マスク２１の長手方向に沿って延びるようにストライプ状の発光領域を形成している。したがって、転位密度の少ない領域のみに発光領域を形成でき、発光領域の結晶性が良好となる。さらに、中央部を除く選択成長マスク２１上に転位密度の特に低減された領域が形成されるため、選択成長マスク２１上の中央部を除いた、選択成長マスク２１上の領域にストライプ状の発光領域を形成することがさらに好ましい。
【００８２】
なお、上記においてはＳｉＯ２  からなる選択成長マスク２１を形成しているが、ＳｉＯ２  以外のシリコン酸化物、シリコン窒化物、チタン酸化物、チタン窒化物、ジルコニウム酸化物等の誘電体あるいは融点が窒化物系半導体層の成長時の基板温度よりも高いタングステン、モリブデン、タンタル、レニウム等の高融点金属を始めとする非晶質または多結晶の材料を選択成長マスク２１として用いることができる。なお、この場合の非晶質とは、非晶質中に微結晶を含有するものも含む。このような非晶質または多結晶材料からなる選択成長マスク２１を形成するとともに、ＧａＮ第３バッファ層４の成長条件を適切に調整することにより、選択成長マスク２１のストライプ状開口部内で露出したＧａＮ第２バッファ層３上にＧａＮ第３バッファ層４を選択的に成長させることが可能になり、また、選択成長マスク２１上においてＧａＮ第３バッファ層４を横方向成長させることが可能となる。
【００８３】
また、上記においてはＭＯＶＰＥ法により各層２〜１２，１４を成長させているが、例えばハライド気相成長法により各層２〜１２，１４を成長させてもよい。あるいは、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＮＨ３  、ＳｉＨ４  およびＣｐ２  Ｍｇを原料ガスとして用いるガスソースＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）により各層２〜１２，１４を成長させてもよい。
【００８４】
さらに、上記においては、選択成長マスク２１のストライプ状開口部をＧａＮの［１１−２０］方向と平行な方向に形成しているが、ストライプ状開口部の形成方向はこれに限定されるものではない。例えば、ＧａＮの［１１−２０］方向と平行な方向に対して３０°傾いた方向に選択成長マスク２１のストライプ状開口部を形成してもよい。
【００８５】
また、図１２に示すように、選択成長マスク２１のストライプ状開口部の幅Ｌｗ  および選択成長マスク２１の幅Ｌｍ  は、半導体レーザ素子の幅Ｌｔ  よりも狭ければよい。なお、選択成長マスク２１のストライプ状開口部の幅Ｌｗ  は、ＧａＮ第３バッファ層４とｎ−ＧａＮコンタクト層５との膜厚の合計以下であることが好ましい。
【００８６】
また、上記においてはサファイア基板１上にｎ型半導体層およびｐ型半導体層を順に形成しているが、サファイア基板１上にｐ型半導体層およびｎ型半導体層を順に形成してもよい。
【００８７】
さらに、上記においては各層２〜１２，１４がＩＩＩ  族窒化物半導体から構成される場合について説明したが、各層２〜１２，１４がＩＩＩ  族窒化物半導体以外のＩＩＩ  −Ｖ族半導体、ＩＩ−ＶＩ族半導体、ＩＶ族半導体またはＩＶ−ＩＶ族半導体から構成されてもよい。さらに、このような半導体の結晶構造としてはウルツ鉱型構造であってもよく、閃亜鉛鉱型構造であってもよい。
【００８８】
さらに、上記においてはサファイア基板１を用いているが、スピネル、Ｓｉ、ＳｉＣ等からなる基板を用いてもよい。
【００８９】
なお、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、図１２に示す構造以外の構造を有する半導体レーザ素子の製造においても適用可能である。
【００９０】
図１３は本発明の第２の実施例における半導体レーザ素子を示す模式的斜視図である。なお、図１３においては、半導体レーザ素子の内部構造を示すため、共振器端面に形成された誘電体多層膜２０を省略して示している。
【００９１】
図１３に示す半導体レーザ素子は、以下の点を除いて、図１〜図１２に示す第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法と同様の方法により製造される。
【００９２】
図１３に示す半導体レーザ素子の製造の際には、図１および図２に示す工程と同様にして、サファイア基板１上に各層２〜１１を形成する。なお、この場合においては、膜厚が１００ｎｍのｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層６ａを形成する。その後、ｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１上にＭｇがドープされたＧａＮからなる膜厚５０ｎｍのｐ−ＧａＮキャップ層１３を形成する。さらに、ｐ−ＧａＮキャップ層１３上に、シリコン窒化物からなりかつ幅が２μｍのストライプ状開口部を有する膜厚０．２μｍの電流狭窄層１４ａを形成し、開口部内においてｐ−ＧａＮキャップ層１３を露出させる。この開口部内で露出したｐ−ＧａＮキャップ層１３上および電流狭窄層１４ａ上にｐ−ＧａＮコンタクト層１２を形成する。
【００９３】
その後、図８〜図１２の工程と同様にして、サファイア基板１上の複数の半導体レーザ素子に共振器構造を形成した後、サファイア基板１を選択成長マスク２１の長手方向と平行な方向に沿って分割して複数の半導体レーザ素子構造体に分離し、その後、各半導体レーザ素子構造体を選択成長マスク２１と垂直な方向に沿って分割して図１３に示す個々の半導体レーザ素子に分離する。
【００９４】
以上のような本発明の第２の実施例における半導体レーザ素子の製造方法においても、図１〜図１２に示す第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法と同様の効果が得られる。
【００９５】
図１４は本発明の第３の実施例における半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【００９６】
図１４に示す半導体レーザ素子は、以下の点を除いて、図１〜図１２に示す第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法と同様の方法により製造される。
【００９７】
図１４に示す半導体レーザ素子の製造の際には、図１および図２に示す工程と同様にして、サファイア基板１上に各層２〜１０を形成する。なお、この場合のｐ−ＧａＮ第１クラッド層１０の膜厚は３０ｎｍとする。また、この場合においては、膜厚が１００ｎｍのｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層６ａを形成する。その後、ｐ−ＧａＮ第１クラッド層１０上に、シリコン酸化物からなりかつ幅が３μｍのストライプ状開口部を有する膜厚０．３μｍの電流狭窄層１４ｂを形成し、開口部内においてｐ−ＧａＮ第１クラッド層１０を露出させる。さらに、電流狭窄層１４ｂ上および開口部内で露出したｐ−ＧａＮ第１クラッド層１０上に膜厚が２μｍのｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１を形成し、このｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１上に膜厚が０．５μｍのｐ−ＧａＮコンタクト層１２を形成する。
【００９８】
その後、図８〜図１２の工程と同様にして、サファイア基板１上の複数の半導体レーザ素子に共振器構造を形成した後、サファイア基板１を選択成長マスク２１の長手方向と平行な方向に沿って分割して複数の半導体レーザ素子構造体に分離し、その後、各半導体レーザ素子構造体を選択成長マスク２１と垂直な方向に沿って分割して図１４に示す個々の半導体レーザ素子に分離する。
【００９９】
以上のような本発明の第３の実施例における半導体レーザ素子の製造方法においても、図１〜図１２に示す第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法と同様の効果が得られる。
【０１００】
図１５は本発明の第４の実施例における半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【０１０１】
図１５に示す半導体レーザ素子は、以下の点を除いて、図１〜図１２に示す第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法と同様の方法により製造される。
【０１０２】
図１５に示す半導体レーザ素子の製造の際には、図１および図２に示す工程と同様にして、サファイア基板１上に各層２〜８を形成する。なお、この場合においては、膜厚が１００ｎｍのｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層６ａを形成する。その後、ｎ−ＧａＮ第１クラッド層８の中央部の所定領域上に、Ｉｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなり膜厚が２０ｎｍのストライプ状の発光層９ａおよび膜厚が４０ｎｍのストライプ状のｐ−ＧａＮ第１クラッド層１０ａを順に形成する。さらに、ｎ−ＧａＮ第１クラッド層８上に、シリコン酸化物からなりかつｐ−ＧａＮ第１クラッド層１０ａ上にストライプ状開口部を有する膜厚０．１μｍの電流狭窄層１４ｂを形成する。
【０１０３】
続いて、電流狭窄層１４ｂ上および開口部内で露出したｐ−ＧａＮ第１クラッド層１０上に、膜厚が２．５μｍのｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１を形成し、さらにｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１上に、膜厚が０．５μｍのｐ−ＧａＮコンタクト層１２を形成する。
【０１０４】
その後、図８〜図１２の工程と同様にして、サファイア基板１上の複数の半導体レーザ素子に共振器構造を形成した後、サファイア基板１を選択成長マスク２１の長手方向と平行な方向に沿って分割して複数の半導体レーザ素子構造体に分離し、その後、各半導体レーザ素子構造体を選択成長マスク２１と垂直な方向に沿って分割して図１５に示す個々の半導体レーザ素子に分離する。
【０１０５】
以上のような本発明の第４の実施例における半導体レーザ素子の製造方法においても、図１〜図１２に示す第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法と同様の効果が得られる。
【０１０６】
図１６は本発明の第５の実施例における半導体レーザ素子の模式的斜視図である。なお、図１６においては、半導体レーザ素子の内部構造を示すため、共振器端面に形成された誘電体多層膜２０を省略して示している。
【０１０７】
図１６に示す半導体レーザ素子は、以下の点を除いて、図１〜図１２に示す第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法と同様の方法により製造される。
【０１０８】
図１６に示す半導体レーザ素子の製造の際には、図１および図２に示す工程と同様にして、サファイア基板１上に各層２〜５を成長させる。その後、ｎ−ＧａＮコンタクト層５の所定領域上に、膜厚が１００ｎｍのストライプ状のｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層６を形成する。さらに、ｎ−ＧａＮコンタクト層５上に、シリコン酸化物からなりかつｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層６ｂ上に開口部を有する膜厚１μｍの電流狭窄層１４ｂを形成する。
【０１０９】
さらに、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層６ｂ上およびその両側の電流狭窄層１４ｂの領域上に、断面台形状で膜厚が２．５μｍのｎ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層７を形成し、このｎ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層７の上面および側面に、膜厚が５０ｎｍのｎ−ＧａＮ第１クラッド層８、膜厚が５ｎｍのＩｎ０．２  Ｇａ０．８  Ｎからなる単一量子井戸（ＳＱＷ）発光層９ｂ、膜厚が４０ｎｍのｐ−ＧａＮ第１クラッド層１０、膜厚が０．４５μｍのｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１１および膜厚が０．３μｍのｐ−ＧａＮコンタクト層１２を順に形成する。
【０１１０】
ｐ−ＧａＮコンタクト層１２の上面にｐ電極１５を形成する。一方、ｎ−ＧａＮコンタクト層５のｎ電極形成領域に形成された電流狭窄層１４ｂをエッチングにより除去し、ｎ電極形成領域のｎ−ＧａＮコンタクト層５を露出させる。露出したｎ−ＧａＮコンタクト層５上にｎ電極１６を形成する。
【０１１１】
その後、図８〜図１２の工程と同様にして、サファイア基板１上の複数の半導体レーザ素子に共振器構造を形成した後、サファイア基板１を選択成長マスク２１の長手方向と平行な方向に沿って分割して複数の半導体レーザ素子構造体に分離し、その後、各半導体レーザ素子構造体を選択成長マスク２１と垂直な方向に沿って分割して図１６に示す個々の半導体レーザ素子に分離する。
【０１１２】
以上のような本発明の第５の実施例における半導体レーザ素子の製造方法においても、図１〜図１２に示す第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法と同様の効果が得られる。
【０１１３】
図１７は本発明の第６の実施例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工程図であり、図１８は本発明の第６の実施例における半導体レーザ素子の模式的斜視図である。なお、図１８においては、半導体レーザ素子の内部構造を示すため、共振器端面に形成された誘電体多層膜２０を省略して示している。
【０１１４】
本発明の第６の実施例における半導体レーザ素子の製造方法は、以下の点を除いて、図１〜図１２に示す第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法と同様である。
【０１１５】
図１７に示すように、本例においては、図１に示す工程と同様にしてサファイア基板１上にＡｌＧａＮ第１バッファ層２およびＧａＮ第１バッファ層３を順に形成する。さらに、ＧａＮ第２バッファ層３の上面に膜厚が０．５μｍのタングステン膜を形成し、このタングステン膜を、第１の実施例と同様にしてエッチングする。それにより、ストライプ状開口部を有するタングステンからなる選択成長マスク２５を形成する。
【０１１６】
続いて、選択成長マスク２５上および開口部内において露出したＧａＮ第２バッファ層３上に、ＧａＮ第３バッファ層４を成長させる。この場合、ＧａＮ第３バッファ層４は、図２において前述したＳｉＯ２  からなる選択成長マスク２１を用いた場合と同様、まず開口部内において露出したＧａＮ第２バッファ層３上において選択的に成長し、続いて選択成長マスク２５上において横方向成長する。ここで、選択成長マスク２５上において横方向成長したＧａＮ第３バッファ層４が合体して連続膜が形成される際、選択成長マスク２５の中央部においてボイド２００が発生する。
【０１１７】
さらに、図２〜図７に示す工程と同様にして、サファイア基板１上に各層２〜１２，１４を形成する。
【０１１８】
その後、図８〜図１２の工程と同様にして、サファイア基板１上の複数の半導体レーザ素子に共振器構造を形成した後、サファイア基板１を選択成長マスク２５の長手方向と平行な方向に沿って分割して複数の半導体レーザ素子構造体に分離し、その後、各半導体レーザ素子構造体を選択成長マスク２５と垂直な方向に沿って分割して図１８に示す個々の半導体レーザ素子に分離する。
【０１１９】
このように、本例においては選択成長マスク２５の中央部上のＧａＮ第３バッファ層４の領域においてボイド２００が発生するため、選択成長マスク２５の中央部の領域において、選択成長マスク２５の長手方向に沿ってさらに半導体レーザ素子構造体に分離しやすくなる。
【０１２０】
なお、この場合においては、第１の実施例と同様、最初に選択成長マスク２５の長手方向に沿ってサファイア基板１を各層とともに分割して半導体レーザ素子構造体に分離しているため、各半導体レーザ素子構造体の幅は短い。したがって、選択成長マスク２５の長手方向と垂直な方向に沿って半導体レーザ素子構造体を分割して個々の半導体レーザ素子に分離する際、切断する長さが短い。したがって、上記のように選択成長マスク２５の中央部上のＧａＮ第３バッファ層４の領域にボイド２００が発生していても、素子分離工程におけるクラックの発生が防止される。
【０１２１】
以上のような本発明の第６の実施例における半導体レーザ素子の製造方法により製造された図１８の半導体レーザ素子においては、素子分離の工程がさらに容易になるとともに、素子分離工程におけるクラックの発生が防止される。したがって、高い歩留りでの製造が可能となる。
【０１２２】
また、タングステンからなる選択成長マスク２５を形成した場合においても、ＳｉＯ２  からなる選択成長マスク２１を形成した第１の実施例同様、選択成長マスク２５上においてＧａＮ第３バッファ層４を横方向成長させることができる。このため、選択成長マスク２５上のＧａＮ第３バッファ層４の領域において転位が低減される。したがって、ＧａＮ第３バッファ層４上に形成された各層５〜１２，１４において良好な結晶性が得られる。それにより、図１８の半導体レーザ素子において、素子特性および信頼性の向上が図られる。
【０１２３】
なお、上記においては、タングステンからなる選択成長マスク２５を形成することにより、選択成長マスク２５の中央部上のＧａＮ第３バッファ層４の領域においてボイド２００が発生しているが、このようなボイドの発生は、タングステンからなる選択成長マスク２５を形成した場合に限定されるものではない。例えば、図１〜図１２に示す第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法において、ＳｉＯ２  からなる選択成長マスク２１上におけるＧａＮ第３バッファ層４の結晶成長条件の違いによりボイドが発生する場合もある。
【０１２４】
図１９は本発明の第７の実施例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工程図であり、図２０は第７の実施例における半導体レーザ素子の模式的斜視図である。なお、図２０においては、半導体レーザ素子の内部構造を示すため、共振器端面に形成された誘電体多層膜２０を省略している。
【０１２５】
図１９に示すように、ｎ−Ｓｉ基板３１の（１１１）面上に膜厚が０．５μｍのＳｉＯ２  膜を形成し、このＳｉＯ２  膜の複数のストライプ状の所定領域をフォトリソグラフィー技術を用いてＢＨＦによりウェットエッチングする。このようにして、周期が４０μｍであり幅が０．５μｍでありかつＳｉの［１１−２］方向と平行な方向に延びるストライプ状開口部を有する第１の選択成長マスク２１ａを形成し、開口部内においてｎ−Ｓｉ基板３１を露出させる。
【０１２６】
続いて、露出したｎ−Ｓｉ基板３１上に選択的にｎ−ＡｌＧａＮ第１バッファ層３２が成長するように成長条件を適切に調整し、露出したｎ−Ｓｉ基板３１上にＳｉがドープされたＡｌＧａＮからなるｎ−ＡｌＧａＮ第１バッファ層３２を成長させる。この場合においては、基板温度を１１５０℃に保った状態で、７６Ｔｏｒｒの減圧下においてＭＯＶＰＥ法によりｎ−ＡｌＧａＮ第１バッファ層３２を成長させる。
【０１２７】
続いて、ｎ−ＡｌＧａＮ第２バッファ層３２上および第１の選択成長マスク２１ａ上にＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３を成長させる。この場合、ｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３がｎ−ＡｌＧａＮ第２バッファ層３２上に選択的に成長するようにｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３の成長条件を適切に調整する。例えば、この場合においては、７６Ｔｏｒｒの減圧下において基板温度を１１５０℃に保った状態でＭＯＶＰＥ法によりｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３を成長させる。それにより、成長初期のｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３は、ｎ−ＡｌＧａＮ第１バッファ層３２上に選択的に成長する。なお、ｎ−ＡｌＧａＮ第１バッファ層３２上において、ｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３は図中の矢印Ｙの方向に成長する。
【０１２８】
引続きｎ−ＡｌＧａＮ第１バッファ層３２上においてｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３を成長させると、ｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３は、矢印Ｙの方向に成長するとともに横方向（矢印Ｘの方向）にも成長する。それにより、第１の選択成長マスク２１ａ上にｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３が形成される。さらに、第１の選択成長マスク２１ａ上において横方向成長したｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３が合体して連続膜が形成される。
【０１２９】
ここで、上記のような第１の選択成長マスク２１ａ上におけるｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３の横方向成長に伴い、ｎ−ＡｌＧａＮ第１バッファ層３２からｃ軸方向に伝播した貫通転位は横方向に折れ曲がる。それにより、第１の選択成長マスク２１ａ上のｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３の領域においては、ｃ軸方向に伝播する貫通転位が低減されている。
【０１３０】
なお、この場合においては、第１の選択成長マスク２１ａの中央部上のｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３の領域において、横方向に折れ曲がった貫通転位が集中する部分が第１の選択成長マスク２１ａの長手方向に沿って発生する。
【０１３１】
このようにしてｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３を形成した後、さらにｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３の上面に膜厚が０．５μｍのＳｉＯ２  膜を形成し、このＳｉＯ２  膜の複数のストライプ状の領域をフォトリソグラフィー技術を用いてＢＨＦによりウエットエッチングする。このようにして、周期が４０μｍであり幅が５μｍでありＳｉの［１１−２］方向と平行な方向に延びる複数のストライプ状開口部を有する第２の選択成長マスク２１ｂを形成するとともに、開口部内においてｎ−ＧａＮ第バッファ層３３を露出させる。なお、この場合においては、第１の選択成長マスク２１ａのストライプ状開口部と一致しないように第２の選択成長マスク２１ｂのストライプ状開口部を形成することが好ましい。
【０１３２】
その後、第２の選択成長マスク２１ｂ上および開口部内で露出したｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３上にＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４を成長させる。この場合、開口部内で露出したｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３上においてｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４が選択的に成長するようにｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４の成長条件を適切に調整する。例えば、この場合においては、ｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３の成長条件と同様の成長条件とする。それにより、成長初期のｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４は、開口部内で露出したｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３上に選択的に成長する。この場合、ｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３上においてｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４は図中の矢印Ｙの方向に成長する。
【０１３３】
引続きｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３上におけるｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４の成長を続けると、ｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４は、矢印Ｙの方向に成長するとともに横方向（Ｘの方向）にも成長する。それにより、第２の選択成長マスク２１ｂ上にｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４が形成される。さらに、第２の選択成長マスク２１ｂ上において、横方向成長したｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４が合体して連続膜が形成される。
【０１３４】
ここで、上記のような第２の選択成長マスク２１ｂ上におけるｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４の横方向成長に伴い、ｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３から伝播した貫通転位は横方向に折れ曲がる。それにより、第２の選択成長マスク２１ｂ上のｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４の領域においては、ｃ軸方向に伝播する貫通転位が低減されている。この場合、前述のようにｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３において選択横方向成長により貫通転位の低減が図られているため、ｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４においてはさらに貫通転位の低減が図られる。
【０１３５】
なお、この場合においては、第２の選択成長マスク２１ｂの中央部上のｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４の領域において、横方向に折れ曲がった貫通転位が集中する部分が第２の選択成長マスク２１ｂの長手方向に沿って発生する。
【０１３６】
上記のようにしてｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４を形成した後、図２〜図７に示す第１の実施例における工程と同様にして、ｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４上に各層６〜１２，１４を形成する。このようにして、ｎ−Ｓｉ基板３１上に、図２０に示す構造を有する複数の半導体レーザ素子を形成する。
【０１３７】
その後、ｎ−Ｓｉ基板３１上の複数の半導体レーザ素子において、図８〜図１２に示す第１の実施例における工程と同様にして、エッチングによる共振器端面の形成および共振器端面における誘電体多層膜の形成を行う。
【０１３８】
さらに、ｎ−Ｓｉ基板３１の裏面にＡｕ膜およびＴｉ膜を順に積層し、ｎ電極１６を形成する。また、ｐ−ＧａＮコンタクト層１２のリッジ部の上面にＡｕ膜およびＰｄ膜を順に積層し、ｐ電極１５を形成する。
【０１３９】
その後、第１の選択成長マスク２１ａまたは第２の選択成長マスク２１ｂの中央部の領域において、第１および第２の選択成長マスク２１ａ，２１ｂの長手方向に沿ってｎ−Ｓｉ基板３１を各層とともに分割して半導体レーザ素子構造体に分離する。
【０１４０】
ここで、前述のように、第１の選択成長マスク２１ａの中央部上のｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３の領域、および第２の選択成長マスク２１ｂの中央部上のｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４の領域においては、横方向に折れ曲がった転位が集中する部分が第１および第２の選択成長マスク２１ａ，２１ｂの長手方向に沿って発生している。また、第１の選択成長マスク２１ａ上のｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３の領域および第２の選択成長マスク２１ｂ上のｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４の領域は、第１の選択成長マスク２１ａが形成されていないｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３の領域および第２の選択成長マスク２１ｂが形成されていないｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４の領域に比べて膜厚が小さい。
【０１４１】
このため、上記のように第１の選択成長マスク２１ａまたは第２の選択成長マスク２１ｂの中央部の領域においてｎ−Ｓｉ基板３１を各層とともに分割すると、クラックが発生することなく容易に複数の半導体レーザ素子構造体に分離することができる。
【０１４２】
続いて、半導体レーザ素子構造体をさらに共振器端面の間のエッチングされた部分において第１および第２の選択成長マスク２１ａ，２１ｂの長手方向と垂直な方向に沿って分割し、個々の半導体レーザ素子に分離する。
【０１４３】
この場合、最初に第１または第２の選択成長マスク２１ａ，２１ｂの長手方向に沿ってｎ−Ｓｉ基板３１を各層とともに分割し、半導体レーザ素子構造体に分離しているため、各半導体レーザ素子構造体の幅は小さい。このため、第１および第２の選択成長マスク２１ａ，２１ｂの長手方向と垂直な方向に沿って各半導体レーザ素子構造体を分割して個々の半導体レーザ素子に分離する際に、切断する長さが短い。したがって、第１の選択成長マスク２１ａの中央部上のｎ−ＧａＮ第２バッファ層３２の領域および第２の選択成長マスク２１ｂの中央部上のｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４の領域において、第１および第２の選択成長マスク２１ａ，２１ｂの長手方向に不要なクラックが発生することはない。それにより、共振器端面の位置に合わせて直線的に正確に半導体レーザ素子を分離することが可能である。
【０１４４】
以上のことから、上記のような本発明の第７の実施例における半導体レーザ素子の製造方法においては、図１〜図１２に示す第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法と同様の効果が得られる。
【０１４５】
特に、この場合においても、ｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３およびｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４を横方向成長させて貫通転位の低減を図っているため、ｎ−ＧａＮ第３バッファ層３４上に形成された各層６〜１２，１４においては、より結晶性の向上が図られる。それにより、図２０に示す半導体レーザ素子においては、素子特性および信頼性の向上がさらに図られる。
【０１４６】
なお、上記においてはｎ−Ｓｉ基板３１を用いているが、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板等を用いてもよい。
【０１４７】
さらに、上記においては、第１および第２の選択成長マスク２１ａ，２１ｂのストライプ状開口部を平行に形成しているが、第１および第２の選択成長マスク２１ｂのストライプ状開口部を互いに３０°、６０°、９０°等ずらした方向に形成してもよい。この場合、第１の選択成長マスク２１ａおよび第２の選択成長マスク２１ｂのいずれかの長手方向に沿ってｎ−Ｓｉ基板３１を各層とともに分割して半導体レーザ素子構造体に分離する。それにより、上記と同様の効果が得られる。
【０１４８】
上記の第１から第７の実施例においては、基板上に成長する各層がＩＩＩ  族窒化物半導体から構成される場合について説明したが、各層がＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ等のＩＩＩ  −Ｖ族半導体、ＣｄＺｎＳＳｅ、ＨｇＴｅ等のＩＩ−ＶＩ族半導体、Ｓｉ、Ｇｅ等のＩＶ族半導体、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ等のＩＶ−ＩＶ族半導体から構成されてもよい。さらに、このような半導体の結晶構造としては、ウルツ鉱型構造であってもよく、閃亜鉛鉱型構造であってもよい。例えば、ｎ−Ｓｉ基板３１上にＳｉＯ２  またはＳｉＮｘ  からなる選択成長マスクを形成し、選択成長マスクのストライプ状開口部内においてＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ等を形成し、さらにこれらを横方向成長させて選択成長マスク上にＡｌＧａＡｓ系、ＧａＩｎＡｓ系、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＧａＩｎＡｓＰ系等の半導体レーザ素子を作製してもよい。
【０１４９】
上記の第１から第７の実施例においては、素子領域を基板に対して選択成長マスクの反対側に形成したが、基板上に形成する素子領域は、選択成長マスクに対していかなる位置関係にあっても同様の効果がある。すなわち、基板と選択成長マスクとの間に素子領域を形成してもよく、または素子領域と選択成長マスクを基板から略等距離に形成してもよい。例えば、第７の実施例において、選択成長マスク２１ａと選択成長マスク２１ｂとに挟まれた層内（ｎ−ＧａＮ第２バッファ層３３にあたる）に素子領域を形成してもよい。
【０１５０】
上記の第１から第７の実施例においては、本発明に係る半導体素子の製造方法を半導体レーザ素子に適用した場合に説明したが、本発明に係る半導体素子の製造方法は、発光ダイオード素子、トランジスタ等への応用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工程図である。
【図２】本発明の第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工程図である。
【図３】本発明の第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工程図である。
【図４】本発明の第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工程図である。
【図５】本発明の第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工程図である。
【図６】本発明の第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工程図である。
【図７】本発明の第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工程図である。
【図８】本発明の第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工程図である。
【図９】本発明の第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工程図である。
【図１０】本発明の第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工程図である。
【図１１】本発明の第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工程図である。
【図１２】本発明の第１の実施例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工程図である。
【図１３】本発明の第２の実施例における半導体レーザ素子を示す模式的斜視図である。
【図１４】本発明の第３の実施例における半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図１５】本発明の第４の実施例における半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図１６】本発明の第５の実施例における半導体レーザ素子の模式的斜視図である。
【図１７】本発明の第６の実施例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工程図である。
【図１８】本発明の第６の実施例における半導体レーザ素子の模式的斜視図である。
【図１９】本発明の第７の実施例における半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工程図である。
【図２０】本発明の第７の実施例における半導体レーザ素子の模式的斜視図である。
【符号の説明】
１  サファイア基板
２，３２  ＡｌＧａＮ第１バッファ層
３，３３  ＧａＮ第２バッファ層
４，３４  ＧａＮ第３バッファ層
５  ｎ−ＧａＮコンタクト層
６  ｎ−クラック防止層
７  ｎ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層
８  ｎ−ＧａＮ第１クラッド層
９，９ａ  発光層
１０  ｐ−ＧａＮ第１クラッド層
１１  ｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層
１２  ｐ−ＧａＮコンタクト層
１３  ｐ−ＧａＮキャップ層
１４，１４ａ，１４ｂ  電流狭窄層
１５  ｐ電極
１６  ｎ電極
２０  誘電体多層膜
２１，２１ａ，２１ｂ，２５  選択成長マスク
３１  ｎ−Ｓｉ基板
２００  ボイド
３００  半導体レーザ素子構造体
【図１】
0003588285.tif 000007
【図２】
0003588285.tif 000008
【図３】
0003588285.tif 000009
【図４】
0003588285.tif 000010
【図５】
0003588285.tif 000011
【図６】
0003588285.tif 000012
【図７】
0003588285.tif 000013
【図８】
0003588285.tif 000014
【図９】
0003588285.tif 000015
【図１０】
0003588285.tif 000016
【図１１】
0003588285.tif 000017
【図１２】
0003588285.tif 000018
【図１３】
0003588285.tif 000019
【図１４】
0003588285.tif 000020
【図１５】
0003588285.tif 000021
【図１６】
0003588285.tif 000022
【図１７】
0003588285.tif 000023
【図１８】
0003588285.tif 000024
【図１９】
0003588285.tif 000025
【図２０】
0003588285.tif 000026