(57)【要約】  本発明はコヒーレント放射を生成するために設けられた活性領域（２１）とインジケータ層（３）とを有する半導体ボディ（２）を含んだ半導体素子に関する。半導体ボディ（２）は該半導体ボディ（２）を垂直方向に領域に分ける境界面（３０）を有しており、半導体ボディ（２）は、境界面（３０）の、活性領域（２１）とは反対側の面にウェブ状領域（４）を有しており、該ウェブ状領域は境界面（３０）と半導体ボディ（２）の表面（４０）との間に垂直方向に延在している。インジケータ層（３）の材料組成は、インジケータ層（３）に隣接するウェブ状領域（４）の材料組成とは異なる。表面（４０）からインジケータ層（３）までの距離は最大でも表面（４０）から境界面（３０）までの距離に等しい。本発明はさらに半導体素子の製造方法にも関する。
2011517070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント放射を生成するために設けられた活性領域（２１）とインジケータ層（３）とを有する半導体ボディ（２）を含んだ半導体素子（１）において、
前記半導体ボディ（２）は該半導体ボディ（２）を垂直方向に領域に分ける境界面（３０）を有しており、
前記半導体ボディ（２）は、前記境界面（３０）の、前記活性領域（２１）とは反対側の面にウェブ状領域（４）を有しており、該ウェブ状領域は前記境界面（３０）と前記半導体ボディ（２）の表面（４０）との間に垂直方向に延在しており、
前記インジケータ層（３）の材料組成は、前記インジケータ層（３）に隣接する前記ウェブ状領域（４）の材料組成とは異なっており、
前記表面（４０）から前記インジケータ層（３）までの距離は最大でも前記表面（４０）から前記境界面（３０）までの距離に等しい、ことを特徴とする半導体素子（１）。
【請求項２】
前記境界面（３０）から前記インジケータ層（３）までの距離は最大で７０ｎｍである、請求項１記載の半導体素子。
【請求項３】
前記境界面（３０）は前記インジケータ層（３）によって形成されている、請求項１記載の半導体素子。
【請求項４】
前記活性領域（２１）の、前記ウェブ状領域（４）とは反対側の面に、前記インジケータ層（３）によって形成された電荷キャリア障壁（２８）が形成されている、請求項１から３のいずれか１項記載の半導体素子。
【請求項５】
前記活性領域（２１）の、前記ウェブ状領域（４）側の面に、前記インジケータ層（３）から離れて電荷キャリア障壁（２８）が形成されている、請求項１から３のいずれか１項記載の半導体素子。
【請求項６】
前記活性領域（２１）の、前記ウェブ状領域（４）側の面に導波層（２２）が形成されている、請求項１から５のいずれか１項記載の半導体素子。
【請求項７】
前記インジケータ層（３）は前記導波層（２２）と前記活性領域（２１）との間に配置されており、ここで前記インジケータ層（３）は該インジケータ層（３）に隣接する前記ウェブ状領域（４）の材料よりもＡｌ含量が大きい、請求項６記載の半導体素子。
【請求項８】
前記インジケータ層（３）は、前記導波層（２２）の、前記活性領域（２１）とは反対側の面に配置されているか、前記導波層（２２）の中に形成されている、請求項６記載の半導体素子。
【請求項９】
前記インジケータ層（３）はＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮを含有し、ＧａＮに格子適合しており、ここで０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１及びｘ＋ｙ≦１である、請求項１から８のいずれか１項記載の半導体素子。
【請求項１０】
前記活性領域（２１２）の少なくとも１つの面に、部分層（２４０）を有する被覆層（２４）が配置されており、前記部分層はインジウムを含有している、請求項１から９のいずれか１項記載の半導体素子。
【請求項１１】
半導体素子（１）を製造する方法であって、コヒーレント放射を生成するために設けられた活性領域（２１）とインジケータ層（３）とを有する半導体積層体（２）を形成するようにした方法において、前記インジケータ層（３）の、前記活性領域（２１）とは反対側の面に配置された前記半導体積層体（２）の材料をドライケミカルエッチングによって前記半導体積層体（２）から部分的に除去し、エッチングの間、プロセスガスの特性を監視し、前記プロセスガスの特性の変化によって前記インジケータ層（３）に達したことを検出する、ことを特徴とする半導体素子（１）を製造する方法。
【請求項１２】
前記プロセスガスの特性を監視するにより、前記半導体積層体（２）の除去された半導体材料の材料組成の変化を検出する、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記インジケータ層（３）の材料がエッチング方向で見て前記インジケータ層（３）の直前にある前記半導体積層体（２）の材料よりもゆっくりと除去されるように、前記ドライケミカルエッチング法と前記インジケータ層（３）とを互いに調整する、請求項１１又は１２記載の方法。
【請求項１４】
前記インジケータ層（３）に達した後、前記インジケータ層（３）の材料がより高いエッチングレートで除去されるように、前記ドライケミカルエッチング法を変更する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
請求項１から１０のいずれか１項記載の半導体素子を製造する、請求項１１から１４のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は半導体素子と半導体素子の製造方法とに関する。
【０００２】
一般に、リッジ導波管ジオメトリの端面発光レーザダイオード（リッジ導波管レーザダイオード）は、特に横方向に波をガイドするためのウェブ状の領域を有している。このウェブ状領域を形成するには、半導体を部分的にエッチング法によって除去するようにしてもよい。その場合、エッチングの深さはエッチングプロセスの持続時間によって調節することができる。その際、例えば製造プロセス中の変動に起因して横方向に生じる半導体材料の組成及び厚さの不均一性のせいで、ウェブ状領域を所定の高さで均一かつ再現可能に形成することが難しくなる。その結果、半導体レーザの動作特性量の変動、例えばレーザ発振閾値、電力電流曲線の傾き及びモード特性の変動が生じかねない。
【０００３】
本発明の課題は、電気光学的特性の改善された、簡単に製造可能な半導体素子を提供することである。さらに、半導体素子を簡単に高い信頼性をもって製造することのできる方法も提供しなければならない。
【０００４】
これらの課題は独立請求項に係る発明によって解決される。有利な実施形態及び発展形態は従属請求項に記載されている。
【０００５】
１つの実施例によれば、半導体素子はコヒーレント放射を発生させるための活性領域とインジケータ層とを有する半導体積層体を有する半導体ボディを含んでいる。半導体ボディは半導体ボディを垂直方向に領域に分ける境界面を有している。半導体ボディは、境界面の、活性領域とは反対側の面にウェブ状領域を有しており、このウェブ状領域は境界面と半導体ボディの表面との間に垂直方向に延在している。インジケータ層は、インジケータ層に隣接するウェブ状領域の材料の組成とは異なる材料組成を有している。表面からインジケータ層までの距離は最大でも表面から境界面までの距離と同じである。
【０００６】
活性領域からインジケータ層までの距離は有利には半導体ボディの半導体積層体のエピタキシャル堆積の際に既に調節可能である。
【０００７】
ウェブ状領域の形成は、とりわけその垂直方向の拡がり及び／又は活性領域までの距離に関して、特に再現可能な仕方で行うことができる。ここで、ウェブ状領域の垂直方向の拡がりは少なくとも表面からインジケータ層までの距離と同じ大きさである。
【０００８】
１つの実施形態では、境界面はインジケータ層によって形成されている。ここで、表面からインジケータ層までの距離は、インジケータ層から境界面までの距離と同じであるか、少なくともそれに近いものとすることができる。例えば、境界面からインジケータ層の活性領域とは反対側の面までの距離は最大で１００ｎｍ、好ましくは最大で５０ｎｍとしてよい。
【０００９】
とりわけ、インジケータ層の上面が境界面を形成するようにしてよい。さらに、上面はウェブ状領域をインジケータ層から分ける平坦な面又は実質的に平坦な面としてよい。
【００１０】
それゆえ、活性領域から境界面までの距離は実質的に半導体ボディを堆積させる際に既に活性領域からインジケータ層の上面までの距離によって定められている。
【００１１】
別の実施形態では、境界面からインジケータ層までの距離は最大で７０ｎｍである。言い換えれば、活性領域からインジケータ層の活性領域側の下面までの距離は活性領域から境界面までの距離に比べてせいぜい７０ｎｍだけ大きいだけである。この場合、インジケータ層は完全にウェブ状領域の内部に配置することができる。
【００１２】
ウェブ状領域とは、特に、活性領域よりも横方向の拡がりが小さい領域を意味している。したがって、活性領域は横方向において少なくとも部分的にウェブ状領域からはみ出す。
【００１３】
半導体ボディの半導体層の主延在面内にあって、動作時に活性領域内で生成されるとりわけ増幅されるべき放射の主伝搬方向に垂直な方向が、横方向と見なされる。
【００１４】
相応して、垂直方向とは、半導体ボディの半導体層の主延在方向に垂直な方向を意味する。
【００１５】
有利な実施形態では、半導体ボディは活性領域のウェブ状領域側の面に形成された電荷キャリア障壁を有している。それゆえ、半導体素子の動作中に半導体ボディに注入された電荷キャリアの発光再結合が改善され、活性領域に限定される。したがって、コヒーレント放射の生成に使用される動作電流の閾値を低くすることができる。
【００１６】
１つの実施形態では、電荷キャリア障壁はインジケータ層によって形成されている。インジケータ層はウェブ状領域の形成を簡単にするだけでなく、活性領域内での電荷キャリアの再結合が効率的に行われるのにも役立つ。
【００１７】
代替的な実施形態では、インジケータ層は電荷キャリア障壁から離れている。特に、インジケータ層は電荷キャリア障壁よりも活性領域から遠く離れていてよい。それゆえ、インジケータ層は電荷キャリア障壁の、活性領域とは反対側の面に形成することができる。
【００１８】
インジケータ層と電荷キャリア障壁の例えば材料組成は互いに無関係に選ぶことができる。さらに、活性領域からウェブ状領域までの距離も電荷キャリア障壁の位置とは関係なく調節可能である。
【００１９】
電荷キャリア障壁は有利には、一方の電荷種に対しては他方の電荷種に対してよりも大きな透過性を有している。例えば、電荷キャリア障壁は正孔を妨げなく又は少なくとも広範囲にわたって妨げなく透過させる電子障壁として形成されていてよい。電子障壁は有利には半導体積層体のｐ型領域内に配置されるか、ｐ型領域に隣接する。特に、電子障壁自体がｐ型ドーピングされていてよい。
【００２０】
同様に、正孔障壁は有利にはｎ型領域内に配置されているか、ｎ型領域に隣接しており、さらに好ましくはｎ型ドーピングされている。
有利な実施形態では、活性領域のウェブ状領域側の面に導波層が形成されている。導波層はとりわけ活性領域内に発生させるべき及び／又は増幅すべき放射を垂直方向に導くために設けられている。
【００２１】
インジケータ層は導波層と活性領域との間に配置されていてよい。言い換えれば、導波層はインジケータ層の活性領域とは反対側の面に配置されていてよい。活性領域から導波層までの距離はしたがってインジケータ層によって容易に調節可能である。さらに、この場合、ウェブ状領域は導波層内へと延在していてよい。
インジケータ層も導波層の活性領域とは反対側の面に配置されていてよい。この場合、導波層はウェブ状領域の外部に配置することができる。
【００２２】
さらに、インジケータ層は導波層内に形成されていてもよい。この場合、インジケータ層の両面に導波層の材料が配置されている。
【００２３】
インジケータ層とは、特に、ドライケミカルエッチングの際にエッチング方向において先行する層に対してプロセスガスの少なくとも１つの特性の有意な変化を生じさせる層を意味する。したがって、この特性を監視することにより、いつインジケータ層に達したかを製造時に正確かつ再現可能な仕方で検出することができる。
【００２４】
有利な実施形態では、インジケータ層は、インジケータ層の活性領域とは反対側の面にとりわけ直接接している材料よりもドライケミカルエッチングに対して高い耐性を有する材料を含んでいる。これにより、活性領域から所定の距離まで垂直方向に延在するウェブ状領が簡単に実現できる。
【００２５】
半導体ボディは有利にはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料を含有する。ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を用いることで、放射生成時に高い内部量子効率を達成することができる。
【００２６】
とりわけ、半導体ボディは窒化化合物半導体材料を含有していてよい。
窒化化合物半導体材料とは、窒化ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料、有利にはＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮを含有する材料を意味する。ここで、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１及びｘ＋ｙ≦１が成り立ち、とりわけｘ≠１，ｙ≠１，ｘ≠０及び／又はｙ≠０である。なお、この材料は必ずしも上式に従った数学的に正確な組成を有していなくてもよい。むしろこの材料はＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ材料の特徴的な物理的特性を実質的に変化させない１つ又は複数のドーパントならびに付加的な成分を有するものであってよい。しかし、簡単のために、上式には結晶格子の基本要素（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｎ）しか示されていない。もっとも、これらの基本要素は部分的に少量の別の物質で置き換えることが可能である。
【００２７】
窒化化合物半導体材料は紫外スペクトル領域から青色スペクトル領域を経て緑色スペクトル領域までの放射を生成するのに特に適している。
【００２８】
有利な実施形態では、インジケータ層の組成は、ＩＩＩ属材料、例えばアルミニウム、インジウム又はガリウムに関して、インジケータ層に隣接するウェブ状領域の半導体層の組成とは少なくとも１０パーセントポイントだけ、特に好ましくは少なくとも２０パーセントポイントだけ異なっている。材料組成の違いが大きいほど、製造時にこれら半導体層に対するエッチングレートが互いに大きく異なりうる。
【００２９】
有利な実施形態では、インジケータ層はインジケータ層に隣接するウェブ状領域の半導体層よりもアルミニウム含量が大きい。さらに、インジケータ層のアルミニウム含量は好ましくは少なくとも２０％、特に好ましくは少なくとも３０％である。
【００３０】
別の有利な実施形態では、インジケータ層は窒化化合物半導体材料を含有しており、特に好ましくは窒化ガリウムに関して格子適合する。インジケータ層の格子定数と窒化ガリウムの格子定数の間の相対的な偏差は最大で５％、特に好ましくは最大で３％である。とりわけ、半導体ボディの歪みは窒化化合物半導体材料をベースにした活性領域によって非常に小さくすることができる。
【００３１】
別の有利な実施形態では、少なくとも活性領域の１つの面に被覆層が配置されている。被覆層は有利には導波層よりも屈折率が低い。それゆえ、半導体素子の動作時に活性領域内で発生した放射を導波層内でガイドするのが容易になる。
【００３２】
さらに、被覆層又は被覆層の少なくとも１つの部分層は好ましくはインジウム含量がゼロでないＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮを含有する。
さらに、ガリウム含量は有利には最大でも１０％であるから、１−ｘ−ｙ≦０．１である。さらに、被覆層又は被覆層の少なくとも部分層を窒化ガリウムに関して格子適合させてもよい。
【００３３】
別の有利な実施形態では、活性領域からインジケータ層までの距離は最大で４００ｎｍ、特に好ましくは最大で３００ｎｍである。この距離はさらに小さくすることができ、最大で１５０ｎｍ、好ましくは最大で１２０ｎｍ、最も好ましくは最大で７０ｎｍとすることができる。したがって、ウェブ状領域を活性領域の非常に近くに形成することができる。特に、このようにして活性領域の近傍に配置されたインジケータ層は電荷キャリア障壁として形成されているものであってよい。
【００３４】
別の有利な実施形態では、ウェブ状領域の側面は半導体ボディの半導体層の主延在面の垂直方向に対して大きくて３０°の角度で延在している。特に、この側面を活性領域の主延在面に対して垂直又は実質的に垂直、例えば垂直方向にから最大で１０°逸れて延在するようにしてよい。
【００３５】
また、この側面は活性領域で生成された放射の主伝搬方向と平行であってもよい。特に、この側面を放射の出射面に対して垂直又は実質的に垂直に延在するようにしてもよい。
【００３６】
有利な実施形態では、半導体素子は端面放射半導体素子として、特にリッジ導波管ジオメトリの半導体素子として実施されている。
【００３７】
半導体素子を製造する方法では、１つの実施形態に従って、放射を生成のための活性領域とインジケータ層とを有する半導体積層体が形成される。インジケータ層の、活性領域とは反対側の面では、ドライケミカルエッチングによって半導体積層体が部分的に除去される。その際、エッチング中にプロセスガスの特性が監視され、プロセスガスの特性の変化によってインジケータ層に達したことが検出される。
【００３８】
この文脈では、プロセスガスという概念は広い意味で非イオン化ガス、部分イオン化ガス及びイオン化ガス（プラズマ）を包摂している。これらのガスはさらにエッチングされる半導体材料に含まれていることもありうる。
ドライケミカルエッチング法としては、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）又はケミカルアシストイオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）が適している。
【００３９】
特に、この方法では、垂直方向に進む半導体材料のエッチングはインジケータ層に達すると直ちに終了するか、又は少なくとも大幅に抑制される。したがって、活性領域上に残る半導体材料の厚さは半導体積層体を堆積させる時点で既にインジケータ層の厚さと活性領域からインジケータ層までの距離とを介して設定することができる。
【００４０】
言い換えれば、上記の方法では、規定のエッチング深さ又は活性領域からの規定の距離を実際のエッチング深さとは無関係に設定することができる。
【００４１】
有利な実施形態では、プロセスガスの特性を監視することにより、エッチングされた半導体材料の材料組成の変化が検出される。
【００４２】
監視される特性は特にプロセスガスのスペクトル放射特性としてよい。この場合、除去された材料はプロセスガスの組成に従って少なくとも１つのスペクトル領域においてこの材料に固有の放射を生じる。好ましくは、この放射はプロセスガス中におけるこの材料の量が多いほど強くなる。
【００４３】
別の有利な実施形態では、ドライケミカルエッチング法とインジケータ層は、インジケータ層上の材料がエッチング方向で見てインジケータ層の直前にある材料よりもゆっくりとエッチングされるように調整されている。さらに、ドライケミカルエッチング法がインジケータ層の位置で停止するようにドライケミカルエッチング法を材料に関して選択的であるようにするか、又はインジケータ層が著しくエッチングされないように少なくとも減速されるようにしてよい。それゆえ、インジケータ層はエッチング法を停止させる層としての機能を満たすことができる。このように、インジケータ層は所定の領域ではインジケータ層上に配置された材料の厚さに関係なく広く露出させることができる。それゆえ、半導体層の主延在面内において、層厚が不均一であったり及び／又はインジケータ層上に配置された材料の材料組成が不均一である場合でも、インジケータ層を所定の領域において完全に露出させることができる。したがって、活性領域上に残っている半導体材料の厚さはこの領域内では一定又は少なくとも広い範囲で一定に形成することができる。
【００４４】
有利な実施形態では、インジケータ層はＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮを含有しており、さらに、好ましくはエッチング方向で見てインジケータ層の直前にある材料よりもアルミニウム含量が大きい。
さらに、プロセスガスは少なくとも一時的に酸素を含有していることが好ましい。プロセスガスに酸素を加えることによって、エッチング法の半導体層のアルミニウム含量に関する選択性を高くすることができる。特に、アルミニウム含量が大きいほどエッチングレートを低くすることができる。
【００４５】
半導体材料のエッチングはインジケータ層を越えて行ってもよい。特に、まずインジケータ層に達したときにストップするか又は少なくとも減速するように、エッチング法を行ってよい。その後は、露出された領域でインジケータ層が除去されるようにエッチング法を変更して続行してよい。
【００４６】
さらに、エッチング方向で見てインジケータ層より後にある材料も除去するようにしてよい。
【００４７】
エッチングをインジケータ層で停止する又は減速することによって、まず半導体積層体の材料を、既に半導体積層体を堆積させる際に活性領域からインジケータ層の上面までの距離よりも大きく定められた活性領域からの距離までエッチングすることができる。
【００４８】
この活性領域に対して所定の距離までのエッチングは、実際のエッチングレートとは関係なく半導体積層体の主延在面に沿って高度に均一に行うことができる。
【００４９】
その後は、インジケータ層とさらにその下にある半導体材料を部分的に除去することにより、インジケータ層の材料がウェブ状領域にだけ残るようにすることができる。
【００５０】
特に、インジケータ層に達したら、インジケータ層の材料をより高いエッチングレートでエッチングするようにドライケミカルエッチング法を変更してよい。
【００５１】
有利な実施形態では、複数の半導体積層体に対してこの方法が実行される。その際、半導体積層体はそれぞれ別個の支持体上に用意される。したがって、この方法は複数の半導体積層体に対して同時に実行することができ、このことによって半導体素子を製造する際のスループットを向上させることができる。
【００５２】
上記の方法は、さらに上で述べた半導体素子の製造に特に適している。したがって、この方法に関して述べた特徴は半導体素子の場合にも参照しうるし、またその逆も言える。
【００５３】
以下では、本発明の他の特徴、有利な実施形態及び利点を下記の実施例の説明と図面から説明する。
【００５４】
図中、同一、同種又は同作用の部材には同じ参照記号を付してある。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】半導体素子の第１の実施例を概略的な断面図で示す。
【図２】半導体素子の第２の実施例を概略的な断面図で示す。
【図３】半導体素子の第３の実施例を概略的な断面図で示す。
【図４Ａ】半導体素子の製造方法の第１の実施例を概略的な断面図で示された中間ステップに基づいて示す。
【図４Ｂ】半導体素子の製造方法の第１の実施例を概略的な断面図で示された中間ステップに基づいて示す。
【図５Ａ】半導体素子の製造方法の第２の実施例を概略的な断面図で示された中間ステップに基づいて示す。
【図５Ｂ】半導体素子の製造方法の第２の実施例を概略的な断面図で示された中間ステップに基づいて示す。
【図５Ｃ】半導体素子の製造方法の第２の実施例を概略的な断面図で示された中間ステップに基づいて示す。
【００５６】
これらの図面はそれぞれ概略的に示されたものに過ぎず、必ずしも縮尺通りではない。むしろ、比較的小さい部材、特に層厚は分かりやすくするために誇張して大きく示されている。
【００５７】
図１には、半導体素子１の第１の実施例が概略的な断面図で示されている。半導体素子１はリッジ導波管ジオメトリの端面半導体レーザとして形成されており、半導体積層体を有する半導体ボディ２を有している。半導体ボディを形成する半導体積層体は有利にはＭＯＶＰＥ又はＭＢＥによってエピタキシャル堆積されている。半導体ボディ２は支持体２０上に配置されている。支持体２０は例えば半導体積層体のための成長基板であってよい。あるいは、支持体２０と半導体積層体のための成長基板とを別物にしてもよい。
【００５８】
半導体積層体はコヒーレントレーザ光を発生させるための活性領域２１を有している。半導体積層体はさらにインジケータ層３を含んでいる。半導体ボディ２は半導体ボディを垂直方向に領域に分ける境界面３０を有している。インジケータ層３の、活性領域２１とは反対側の面にはウェブ状領域４が形成されている。ウェブ状領域４は半導体ボディ２の表面４０と境界面３０の間に垂直方向に延在している。
【００５９】
インジケータ層は活性領域２１とは反対側の上面３１と活性領域側の下面３２を有している。境界面はインジケータ層３によって形成されている。
【００６０】
とりわけ、境界面３０からインジケータ層３の上面３１までの距離は最大で１００ｎｍ、好ましくは最大で５０ｎｍである。さらに、境界面３０は、表面４０からインジケータ層３までの距離が表面４０から境界面３０までの距離と一致するようにインジケータ層３の上面３１によって形成されていてよい。
【００６１】
したがって、ウェブ状領域４は垂直方向にインジケータ層３まで延在している。ウェブ状領域４の側面４５は半導体ボディ２の主延在面に対して垂直に延在している。
【００６２】
ウェブ状領域４は横方向には境界面３０を部分的に覆っているだけである。さらに、ウェブ状領域は横方向には活性領域２１よりも短い。このようにして、動作時に活性領域３１内で増幅された放射の横方向におけるモードの伝搬は制限することが可能である。
【００６３】
半導体積層体はさらに導波層２２ともう１つ別の導波層２３を有しており、これらの導波層の中を動作時に活性領域２１内で生成され増幅された放射が伝播する。
【００６４】
導波層２２の、活性領域２１とは反対側の面には被覆層２４が、別の導波層２３の、活性領域とは反対側の面には別の被覆層２５が配置されている。これらの被覆層の屈折率は有利には隣接する導波層の屈折率よりも小さい。
【００６５】
半導体ボディは被覆層２４の、活性領域２１とは反対側の面に接合層２６を有している。接合層は有利には接合層と活性領域２１との間に配置された被覆層と同じ導電型を有している。
【００６６】
さらに、半導体素子１は半導体ボディ２を外部と電気的にコンタクトさせるために設けられた第１のコンタクト５１と第２のコンタクト５２を有している。コンタクト５１，５２は、半導体素子の動作時にこれらのコンタクトを介して２つの異なる面から電荷キャリアを活性領域２１内に注入し、活性領域内で放射を放出するときに再結合することができるように、半導体ボディと導電接続されている。
【００６７】
図示された実施例では、電荷キャリアは第１のコンタクト５１から接合層２６を介して活性領域２１へ注入される。ここで、接合層２６はウェブ状領域４の上面４０を形成している。代替的に接合層２６を省いてもよい。この場合には、第１のコンタクト５１が被覆層に直接接していてよい。
【００６８】
コンタクト層は有利には例えば金、チタン、白金、アルミニウム、銀、パラジウム、ロジウムもしくはニッケルなどの金属、又は上記金属のうちの少なくとも１つを含む金属合金を含んでいる。
【００６９】
以下では、紫外スペクトル領域と青色スペクトル領域の放射を発生させるために設けられた半導体素子について、半導体ボディの材料組成の例を示す。半導体ボディ２の半導体層はそれぞれ窒化化合物半導体材料ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮを含有している。もちろん、上記の構造は他の半導体材料にも、とりわけ他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料にも適している。より長い波長の放射を発生させるには、とりわけ緑色放射から赤色放射にはＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＰが、赤色放射から赤外放射にはＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＡｓが適している。上記材料組成では、それぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１及びｘ＋ｙ≦１が成り立ち、特にｘ≠１，ｙ≠１，ｘ≠０及び／又はｙ≠０である。
【００７０】
インジケータ層３はインジケータ層３に接するウェブ状領域４の導波層２２よりもアルミニウム含量が大きい。
【００７１】
インジケータ層のアルミニウム含量は有利には少なくとも３０％、特に有利には少なくとも５０％である。さらに、インジケータ層がＧａＮに関して格子適合するように材料を選ぶことが好ましい。例えば、アルミニウム含量８２％、インジウム含量１８％の層はＧａＮと同じ格子定数を有する。
【００７２】
ＡｌxＧａ1-xＮ半導体層とは対照的に、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層では、インジウムの添加によってアルミニウム含量の増大に伴う格子定数の低下を完全に又は少なくとも大幅に補償することができる。したがって、窒化ガリウムに対する歪みが増大することなくアルミニウム含量を上げることができる。
【００７３】
さらに、アルミニウム含量の増大に伴ってＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮのバンドギャップも増大する。それゆえ、インジケータ層３は活性領域２１に比べて大きなバンドギャップを有しており、電荷キャリア障壁２８の機能を果たす。
【００７４】
活性領域２１のそれぞれ異なる面に配置された半導体層は有利には互いに逆の導電型を有する。例えば、ウェブ状領域４の半導体層とインジケータ層３をｐ型ドーピングし、活性領域２１と支持体２０との間に配置されている半導体層をｎ型ドーピングするようにしてよい。この場合、インジケータ層３は電子障壁として実施することができる。正孔の透過率が十分に高い場合には、インジケータ層は有利には例えばマグネシウムを用いて強くｐ型ドーピングされる。
【００７５】
電荷キャリア障壁として機能するインジケータ層３は活性領域２１に直接隣接させてよい。
【００７６】
代替的に、インジケータ層を活性領域から離して実施してもよい。その距離は有利には最大で４００ｎｍ、特に好ましくは最大で３００ｎｍである。この距離はさらに小さくすることができ、最大で１５０ｎｍ、好ましくは最大で１２０ｎｍ、最も好ましくは最大で７０ｎｍとすることができる。電荷キャリア障壁が活性領域の近ければ近いほど、活性領域２１での電荷キャリアの再結合は強く制限される。このようにして、半導体ボディ２に注入され、活性領域２１で放射の放出時に再結合される電荷キャリアの割合を上げることができる。これによって、レーザ閾値を下げ、注入された電流の関数として生成された放射の出力の特性曲線（Ｐ-Ｉ特性曲線）の傾きを大きくすることができる。
【００７７】
図１に基づいて説明した第１の実施例とは異なり、インジケータ層３の上面３１が境界面３０から離れていてもよい。ここで、インジケータ層の上面から表面４０までの距離は境界面から表面４０までの距離よりも小さい。この場合、インジケータ層はウェブ状領域４の中へ突き出ている。
【００７８】
さらに、インジケータ層３は完全にウェブ状領域４の中に配置されていてもよい。したがってこの場合、境界面３０はインジケータ層の外部に形成されている。ウェブ状領域の下面３２から境界面までの距離は好ましくは最大で７０ｎｍ、特に好ましくは最大で５０ｎｍである。以下では、このような半導体素子の製造を図５Ａ〜５Ｃを参照して説明する。
【００７９】
図２には、半導体素子の第２の実施例が概略的な断面図で示されている。この第２の実施例は図１に関連して説明した第１の実施例とほぼ同じである。違いは、被覆層２４、特にウェブ状領域４が、インジウム含量がゼロでないＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮを含む部分層２４０を有していることである。
【００８０】
この部分層２４０のおかげで、被覆層２４は同量のアルミニウム含量を有するＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層に比べて窒化ガリウムに対する歪みが小さくすることができる。半導体ボディ２の歪みはこのようにして小さくすることができる。
【００８１】
被覆層２４の部分層２４０のアルミニウム含量はインジケータ層３のアルミニウム含量よりも低くしてよい。このようにして、インジケータ層３まで延びるウェブ状領域４の製造が簡素化される。
【００８２】
代替的に、被覆層２４の部分層２４０のアルミニウム含量はインジケータ層３のアルミニウム含量より高くしてもよい。この場合、インジケータ層３の活性領域２１とは反対側の面に直接配置されたウェブ状領域４の材料は有利にはインジケータ層３よりもアルミニウム含量が少ない。アルミニウム含量が少ないこの材料の厚さは有利には２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の厚さ、特に好ましくは５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の厚さ、例えば１５０ｎｍである。
【００８３】
上記実施例とは違って、部分層２４０が活性領域２１のウェブ状領域４とは反対側の面に配置されていてもよい。さらに、活性領域の両面にそれぞれこのような部分層が形成されていてもよい。また、このような部分層が複数設けられていてもよい。このようにして半導体ボディの歪みを大幅に小さくすることができる。
【００８４】
図３には、半導体素子の第３の実施例が概略的な断面図で示されている。
【００８５】
この第３の実施例は図１に関連して説明した第１の実施例とほぼ同じである。違いは、インジケータ層３が電荷キャリア障壁２８とは別個に実施されていることである。この場合、インジケータ層３と電荷キャリア障壁２８は活性領域２１の同じ面に配置されている。電荷キャリア障壁２８とインジケータ層３の間には導波層２２が配置されている。つまり、インジケータ層３は導波層２２の活性領域２１とは反対側の面に配置されている。
【００８６】
この実施例では、インジケータ層３は特にその材料に関して電荷キャリア障壁２８とはほぼ無関係に形成されていてよい。さらに、活性領域２１からウェブ状領域４までの距離は電荷キャリア障壁２８の位置とは無関係に設定することができる。
【００８７】
図４Ａ及び４Ｂには、半導体素子の製造方法の第１の実施例が概略的な断面図で示された中間ステップに基づいて示されている。ここでは、図１に関連して説明したように実施されている半導体素子の製造を例としてこの方法を説明する。
【００８８】
半導体積層体２が支持体２０の上に用意される（図４Ａ）。見易いように、半導体積層体はその一部しか示されていない。半導体素子の半導体ボディはこの半導体積層体から形成される。しかし、複数の半導体ボディを同時に並べて形成してもよい。
【００８９】
半導体積層体２は放射を生成するために設けられた活性領域２１とインジケータ層３とを含んでいる。半導体積層体２の支持体２０とは反対側の面から、半導体積層体の材料がドライケミカルエッチングによって部分的に除去される（図４Ｂ）。
【００９０】
これには、例えば、ＩＣＰ−ＲＩＥ（誘導結合プラズマＲＩＥ）もしくはパラレルプレートＲＩＥなどの反応性イオンエッチング、又はケミカルアシストイオンビームエッチングが適している。ドライケミカルエッチングの間、プロセスガスの特性、例えばたった今除去された材料の幾分かを含むプラズマの特性が監視される。とりわけ、エッチングの最中にプロセスガスを監視することによって、たった今除去された半導体材料の材料組成を求めることができる。
【００９１】
インジケータ層３に達すると、監視されているプロセスガスの特性が変化するので、予め決められたエッチング深さに達したことが示される。したがって、実際のエッチング深さがどの程度正確に予め決められたエッチング深さに達するかは実際のエッチングレートとはほぼ無関係である。
【００９２】
例えば、プロセスガスから放出される放射のスペクトル組成を監視してもよい。このようにして、エッチングすべき材料に特徴的なスペクトル領域において放出される放射の強度に基づいて、たった今除去された材料の材料組成を推定することができる。例えば、除去された材料のアルミニウム含量の増加はアルミニウムに固有のスペクトル領域における放射出力の増大によって立証することができる。
【００９３】
インジケータ層３の材料組成とエッチング方向で見て先行する半導体材料の材料組成は異なっているため、インジケータ層に達すると、それがプロセスガスのスペクトル強度分布の有意な変化として表れる。
【００９４】
例えば、インジケータ層３のアルミニウム含量は、エッチング方向においてインジケータ層の直前にある材料のアルミニウム含量よりも大きい。特に、アルミニウム含量が少なくとも３０％のＡｌＩｎＧａＮインジケータ層が適している。インジケータ層は特にガリウム無含有で実施されていてよい。例えば、インジケータ層のアルミニウム含量を８２％、インジウム含量１８％とすることができる。このような半導体層はＧａＮ層に格子適合する。
【００９５】
アルミニウム含量に関するエッチングレートの選択性は例えばプロセスガス中の酸素を増加させることによって向上させることができる。この場合、アルミニウム含量が大きいほど、エッチングレートは低くなる。このようにして、インジケータ層３に達したときにエッチングプロセスをほぼ完全に停止することができる。インジケータ層よりも前の材料は所定の領域における層厚の変動にはほぼ無関係に完全に除去される。
【００９６】
このようにして、半導体層の主延在面に沿って除去される材料の層厚及び／又は材料組成の不均一性は容易に補償される。したがって、半導体素子の製造時に達成可能な歩留りが向上する。
【００９７】
半導体素子の外部との電気的コンタクトのために、図１に関連して説明したように、半導体ボディ２に例えば気相成長又はスパッタリングによってコンタクト面をデポジットするようにしてよい（図４Ｂには明示されていない）。
【００９８】
上記方法によれば、一般に半導体積層体に凹部を形成することができ、その深さは既に半導体積層体を製造する際にインジケータ層３の位置を介して予め決めることができる。予想されるエッチングレートとエッチング持続時間との積を介してエッチング深さを調節するエッチング法とは異なり、上記の方法では、エッチングレートの偏差がある場合でも、予め決められたエッチング深さを達成することができる。
【００９９】
以上、リッジ導波管ジオメトリの端面放射半導体レーザ素子の製造を基に単なる例として上記方法を説明したが、上記方法は広くエッチング深さが半導体素子の特性に対して大きな影響を及ぼす半導体製造に適している。
【０１００】
上記方法は特に、エッチング終了後に除去された材料の下に残っている半導体材料の厚さが、除去されるべき材料の層厚及び／又は材料組成の変動に全く依存しないか、又は少ししか依存しないという特徴を有している。特に、上記方法は同時に複数の半導体積層体に対して実行することができ、しかも製造に起因する異なる半導体積層体の間の変動が正常に機能する半導体素子の歩留りを実質的に損なうことがない。したがって、１つの方法ステップにおいて、例えばそれぞれウェーハ上にデポジットされた複数の半導体積層体に同時にエッチングプロセスを施すことができる。
【０１０１】
図５Ａ〜５Ｃには、半導体素子の製造方法の第２の実施例が概略的に断面図で示された中間ステップに基づいて示されている。この第２の実施例は図４Ａ及び４Ｂに関連して説明した第１の実施例とほぼ同じである。違いは、半導体ボディ２の半導体積層体が図３に関連して説明したように実施されていることである。インジケータ層３はしたがって活性領域２１から離れている（図５Ａ）。
【０１０２】
図５Ｂに示されているように、インジケータ層３は部分的に露出される。これは図４Ｂに関連して説明したように行ってよい。このようにして、インジケータ層上に配置された材料を実際のエッチングレートとは関係なく活性領域から所定の距離まで除去することができる。
【０１０３】
以降は、インジケータ層３の材料がより高いエッチングレートで除去されるようにエッチング法を変更して続行してよい（図５Ｃ）。エッチングレートは例えばプロセスガスへの酸素の付加を低下させるか、又は完全に調節することによって高くすることができる。このようにして、ウェブ状領域４はインジケータ層３がウェブ状領域内に延在するように形成される。
【０１０４】
さらに、その下にある導波層２２の材料も除去してよい。境界面３０は導波層２２によって形成される。また、図示された実施例とは異なり、活性領域２１とインジケータ層３の間に配置されている他の層によって、例えば電荷キャリア障壁２８によって形成してもよい。
【０１０５】
本特許願は、独国特許出願第10 2008 016 489.5号及び第10 2008 021 674.7号の優先権を主張するものであり、上記独国特許出願の開示内容は参照により本願明細書に含められる。
【０１０６】
本発明は上記実施例に基づく説明に限定されない。むしろ、本発明はいずれの新しい特徴も特徴のいずれの組合せも包含する。特に、この特徴又はこの組合せが特許請求の範囲又は実施例に明示的に示されていなくても、特徴のいずれの組合せも特許請求の範囲に含まれる。
【図１】
2011517070.tif 000003
【図２】
2011517070.tif 000004
【図３】
2011517070.tif 000005
【図４Ａ】
2011517070.tif 000006
【図４Ｂ】
2011517070.tif 000007
【図５Ａ】
2011517070.tif 000008
【図５Ｂ】
2011517070.tif 000009
【図５Ｃ】
2011517070.tif 000010
【国際調査報告】
2011517070.tif 000011
2011517070.tif 000012
2011517070.tif 000013
2011517070.tif 000014
2011517070.tif 000015
2011517070.tif 000016