(57)【要約】【課題】エッチングダメージによる装置特性の劣化及びエッチングのばらつきによる装置特性のばらつきが小さい窒化物半導体装置の製造方法を実現できるようにする。【解決手段】窒化物半導体装置の製造方法は、基板１１の上に、第１の窒化物半導体層１７と該第１の窒化物半導体層１７と比べてフェルミ準位が大きく且つｎ型不純物を含む第２の窒化物半導体層１８とを基板１１側から順次形成する。続いて、第２の窒化物半導体層１８に光を照射しつつアルカリ性のエッチャントと反応させることにより、第２の窒化物半導体層１８が残存した状態で自動的にエッチングが停止するように第２の窒化物半導体層１８をエッチングする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に、第１の窒化物半導体層と該第１の窒化物半導体層と比べてフェルミ準位が大きく且つｎ型不純物を含む第２の窒化物半導体層とを前記基板側から順次形成する工程（ａ）と、
前記第２の窒化物半導体層をフォトエレクトロケミカルエッチングを用いてエッチングすることにより、前記第２の窒化物半導体層が残存した状態でエッチングを自己停止させて前記第２の窒化物半導体層を選択的に除去する工程（ｂ）とを備えていることを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記工程（ｂ）における前記エッチングの停止位置は、前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層とのフェルミ準位の差によって制御することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記工程（ｂ）における前記エッチングの停止位置は、前記第１の窒化物半導体層及び前記第２の窒化物半導体層のキャリア濃度により制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の窒化物半導体層は、アンドープであることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の窒化物半導体層は、ｎ型であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１の窒化物半導体層は、ｐ型であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記工程（ａ）よりも前に、前記半導体基板の上に半導体レーザ装置の活性層を形成する工程（ｃ）と、
前記工程（ｂ）よりも後に、前記第２の窒化物半導体層の上にｐ型の第３の窒化物半導体層を再成長させる工程（ｄ）とをさらに備え、
前記工程（ｂ）は、前記第２の窒化物半導体層を選択的にエッチングして凹部を形成する工程であり、
前記工程（ｄ）において、前記第２の窒化物半導体層における前記凹部の底部に残存した部分はｐ型化され、前記第１の窒化物半導体層と、前記第２の窒化物半導体層と、前記第３の窒化物半導体層とにより、前記活性層に注入する電流を狭窄する電流狭窄構造が形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記工程（ｂ）は、前記第２の窒化物半導体層を選択的にエッチングして凹部を形成する工程であり、
前記工程（ｂ）よりも後に、
前記第２の窒化物半導体層の上における前記凹部の両側方の領域にそれぞれオーミック電極を形成する工程（ｅ）と、
前記凹部にゲート電極を形成する工程（ｆ）とをさらに備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記工程（ｆ）よりも前に、前記第２の窒化物半導体層における前記凹部の底部に残存する部分を除去する工程（ｇ）をさらに備えていることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記フォトエレクトロケミカルエッチングは、前記第２の窒化物半導体層に光を照射しつつアルカリ性のエッチャントと反応させることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記エッチャントは、水酸化カリウムであり、
前記光は、紫外線であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
基板の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成され、前記活性層に注入する電流を狭窄する電流狭窄構造とを備え、
前記電流狭窄構造は、前記活性層側から順次形成されたｐ型の第１の窒化物半導体層と、該第１の窒化物半導体層と比べてフェルミ準位が大きく且つ凹部を有する第２の窒化物半導体層と、ｐ型の第３の窒化物半導体層とを有し、
前記第２の窒化物半導体層は、前記凹部の底部に残存する部分を除いてｎ型であり、前記凹部の底部に残存する部分はｐ型であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１３】
前記第２の窒化物半導体層における前記凹部の底部に残存する部分は、前記第２の窒化物半導体層における他の部分に含まれているｎ型の不純物と、前記第３の窒化物半導体層又は前記第１の窒化物半導体層に含まれているｐ型の不純物とを含んでいることを特徴とする請求項１２に記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物半導体材料を用いた半導体レーザ装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、窒化ガリウム（ＧａＮ）を代表とし、一般式がＩｎＸＧａＹＡｌ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）で表されるIII族元素であるアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）と、Ｖ族元素である窒素（Ｎ）とからなるIII-Ｖ族窒化物系化合物半導体、いわゆる窒化物半導体が注目を集めている。特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）、青紫色の半導体レーザ装置（ＬＤ）等の光デバイス及び電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）をはじめとする電子デバイスの材料として期待されている。
【０００３】
窒化物半導体を用いた光デバイス及び電子デバイス等の半導体装置を製作するには、窒化物半導体を任意の形状に加工する技術が必要となる。ＬＤの電流狭窄構造及びＦＥＴのゲートリセス等を形成するために、窒化物半導体層を選択的にエッチングする必要がある。一般的に、窒化物半導体のエッチングにはドライエッチングが用いられている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１４２７８０号公報
【非特許文献１】Appl. Phys. Lett, 72巻, 5号, 1998年, ｐ．560-562
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ドライエッチングにより窒化物半導体層をエッチングする場合には以下のような問題がある。
【０００５】
まず、ドライエッチングはイオンを半導体層に衝突させてエッチングを行うため、半導体層に大きなダメージを与える。このため、ドライエッチングにより凹部を形成すると、エッチングのダメージによりデバイスの特性が劣化するという問題がある。
【０００６】
また、ドライエッチングはかなり制御性がよい技術である。しかし、数％のばらつきが生じるため、例えば、ＧａＮ層の上に形成されたＡｌＧａＮ層を除去する場合、オーバーエッチが生じたり、アンダーエッチが生じたりすることが避けられない。このため、デバイス特性がばらついてしまうという問題がある。
【０００７】
このため、半導体装置の製造に用いるエッチング方法は、エッチングによるダメージが小さく且つ２つの半導体層の界面においてエッチングが自己停止することが理想的である。
【０００８】
一方、本願発明者らは、ダメージが少なく且つ２つの半導体層の界面近傍においてエッチングを自己停止させることができるウェットエッチングの条件を見いだした。
【０００９】
本願は、本願発明者らの知見を基に、前記従来の問題を解決し、エッチングダメージによる装置特性の劣化及びエッチングのばらつきによる装置特性のばらつきが小さい窒化物半導体装置の製造方法を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明は半導体装置の製造方法を、フォトエレクトロケミカルエッチングによりｎ型の半導体層をエッチングする工程を備えている構成とする。
【００１１】
具体的に、本発明に係る窒化物半導体装置の製造方法は、基板の上に、第１の窒化物半導体層と該第１の窒化物半導体層と比べてフェルミ準位が大きく且つｎ型不純物を含む第２の窒化物半導体層とを基板側から順次形成する工程（ａ）と、第２の窒化物半導体層をフォトエレクトロケミカルエッチングを用いてエッチングすることにより、第２の窒化物半導体層が残存した状態でエッチングを自己停止させて第２の窒化物半導体層を選択的に除去する工程（ｂ）とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の窒化物半導体装置の製造方法によれば、第２の窒化物半導体層が残存した状態でエッチングを自己停止させて第２の窒化物半導体層を選択的に除去する工程を備えているため、積層された２つの窒化物半導体層のうちの上側の層のみを再現性良く選択的に除去することができる。従って、エッチングのばらつきによる半導体装置間の特性のばらつきを抑え、歩留まり良く半導体装置を製造することが可能となる。また、エッチング層に与えるダメージがほとんどなく、エッチングダメージによる半導体装置の特性劣化を抑えることができる。
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）におけるエッチングの停止位置は、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層とのフェルミ準位の差によって制御することができる。
【００１４】
本発明の半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）におけるエッチングの停止位置は、第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層のキャリア濃度により制御することができる。
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法において、第１の窒化物半導体層は、アンドープであっても、ｎ型であっても、ｐ型であってもよい。
【００１６】
本発明の半導体装置の製造方法において、工程（ａ）よりも前に、半導体基板の上に半導体レーザ装置の活性層を形成する工程（ｃ）と、工程（ｂ）よりも後に、第２の窒化物半導体層の上にｐ型の第３の窒化物半導体層を再成長させる工程（ｄ）とをさらに備え、工程（ｂ）は、第２の窒化物半導体層を選択的にエッチングして凹部を形成する工程であり、工程（ｄ）において、第２の窒化物半導体層における凹部の底部に残存した部分はｐ型化され、第１の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層と、第３の窒化物半導体層とにより、活性層に注入する電流を狭窄する電流狭窄構造が形成されることが好ましい。このような構成とすることにより、埋め込み型の電流狭窄構造を有する半導体レーザ装置を再現性良く製造することができる。
【００１７】
本発明の半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）は、第２の窒化物半導体層を選択的にエッチングして凹部を形成する工程であり、工程（ｂ）よりも後に、第２の窒化物半導体層の上における凹部の両側方の領域にそれぞれオーミック電極を形成する工程（ｅ）と、凹部にゲート電極を形成する工程（ｆ）とをさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより、ゲートリセス構造を有するヘテロ接合電界効果トランジスタを再現性良く製造することができる。
【００１８】
本発明の半導体装置の製造方法において、工程（ｆ）よりも前に、第２の窒化物半導体層における凹部の底部に残存する部分を除去する工程（ｇ）をさらに備えていることが好ましい。
【００１９】
本発明の半導体装置の製造方法において、フォトエレクトロケミカルエッチングは、第２の窒化物半導体層に光を照射しつつアルカリ性のエッチャントと反応させることが好ましい。この場合において、エッチャントは、水酸化カリウムであり、光は、紫外線であることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る半導体レーザ装置は、基板の上に形成された活性層と、活性層の上に形成され、活性層に注入する電流を狭窄する電流狭窄構造とを備え、電流狭窄構造は、活性層側から順次形成されたｐ型の第１の窒化物半導体層と、該第１の窒化物半導体層と比べてフェルミ準位が大きく且つ凹部を有する第２の窒化物半導体層と、ｐ型の第３の窒化物半導体層とを有し、第２の窒化物半導体層は、凹部の底部に残存する部分を除いてｎ型であり、凹部の底部に残存する部分はｐ型であることを特徴とする。
【００２１】
本発明の半導体レーザ装置によれば、電流狭窄構造は、活性層側から順次形成されたｐ型の第１の窒化物半導体層と、該第１の窒化物半導体層と比べてフェルミ準位が大きく且つ凹部を有する第２の窒化物半導体層と、ｐ型の第３の窒化物半導体層とを有しているため、第２の窒化物半導体層に凹部を再現性良く形成することができる。また、凹部を形成する際にエッチングダメージがほとんど生じることがない。従って、特性のばらつき及び劣化がほとんどない半導体レーザ装置を実現できる。
【００２２】
本発明の半導体レーザ装置において、第２の窒化物半導体層における凹部の底部に残存する部分は、第２の窒化物半導体層における他の部分に含まれているｎ型の不純物と、第３の窒化物半導体層又は第１の窒化物半導体層に含まれているｐ型の不純物とを含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る半導体レーザ装置及び窒化物半導体装置の製造方法によれば、エッチングダメージによる装置特性の劣化及びエッチングのばらつきによる装置特性のばらつきが小さい窒化物半導体装置の製造方法を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法において用いるウェットエッチングの原理について図面を参照して説明する。本実施形態において用いるウェットエッチングは、窒化物半導体層を光が照射された状態でアルカリ性の溶液と反応させるフォトエレクトロケミカル（ＰＥＣ）エッチングである。
【００２５】
図１はＰＥＣエッチングの概略を示している。図１に示すように白金（Ｐｔ）等からなるカソード５２と接続された窒化物半導体層５１を、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のアルカリ性の溶液５３に浸漬し、光を照射することによりエッチングを行う。ＰＥＣエッチングはｎ型の窒化物半導体を選択的にエッチングし、ｐ型の窒化物半導体はエッチングされないとされている。
【００２６】
ＰＥＣエッチングによりｎ型の窒化物半導体をエッチングすることについては、種々の文献において述べられている（例えば、非特許文献１を参照。）。従って、ｐ型の窒化物半導体層の上にｎ型の窒化物半導体層が積層されている場合には、ｐ型の窒化物半導体層をエッチングすることなく、ｎ型の窒化物半導体層のみをエッチングすることが期待される。しかし、実際にｐ型の窒化物半導体層の上にｎ型の窒化物半導体層を形成した後、ＰＥＣエッチングをすることにより、ｎ型の窒化物半導体層のみを選択的に除去することができたという報告はない。
【００２７】
本願発明者らが検討した結果、ｐ型の第１の窒化物半導体層の上に形成されたｎ型の第２の窒化物半導体層に対してＰＥＣエッチングを行うと、エッチングはｎ型の第２の窒化物半導体層とｐ型の第１の窒化物半導体層との界面まで進行するのではなく、ｎ型の第２の窒化物半導体層が数ｎｍ〜数十ｎｍ残存した状態で停止することが明らかとなった。
【００２８】
このように、ｎ型の第２の窒化物半導体層が数十ｎｍ残存した状態でＰＥＣエッチングが停止するのは、以下のような理由によるのではないかと推測される。
【００２９】
図１（ａ）は第１の窒化物半導体層をｐ−ＧａＮ層とし、第２の窒化物半導体層をｎ−ＡｌＧａＮとした場合における、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との界面近傍におけるエネルギーバンドの状態を示している。ｎ型の第２の窒化物半導体層と比べてｐ型の第１の窒化物半導体層はフェルミ準位Ｅｆが小さい。このため、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との界面近傍において、図１（ａ）に示すようなエネルギーバンドの立ち上がりが生じる。ＰＥＣエッチングは、エネルギーバンドが立ち上がる所まで進行するが、エネルギーバンドが立ち上がった先では、エッチングに必要な正孔がエッチャントと第２の窒化物半導体層との界面に供給されなくなり、エッチングが停止するのではないかと考えられる。このため、第２の窒化物半導体層と第１の窒化物半導体層との界面から数十ｎｍの厚さだけ、第２の窒化物半導体層が残存すると推測される。
【００３０】
界面におけるエネルギーバンドの立ち上がりの影響により、エッチングがストップするのであれば、第１の窒化物半導体層がｐ型でなくても、第２の窒化物半導体層と比べてフェルミ準位が小さい窒化物半導体層であればよいと考えられる。
【００３１】
実際に第１の窒化物半導体層をｎ型とした場合においても、第２の窒化物半導体層が数ｎｍ残存した状態でＰＥＣエッチングを停止させることができた。第１の窒化物半導体をｎ−ＧａＮ、第２の窒化物半導体層を第１の窒化物半導体よりもフェルミ準位の大きいｎ−ＡｌＧａＮとした場合のバンド図を図２（ｂ）に示す。価電子帯のバンド（Ｅｖ）は図２（ａ）と同様の曲がりを有する。このため、ＰＥＣエッチングが停止するのではないかと考えられる。
【００３２】
また、第１の窒化物半導体がアンドープ層であっても構わない。この場合のバンド図を図２（ｃ）に示す。この場合にも、図２（ａ）と同様のバンド構造となり、第２の窒化物半導体が残存した状態でエッチングが停止する。なお、ｎ−ＡｌＧａＮ層内に生じるバンドの曲がりが、図２（ａ）の場合と比べて小さくなるので、残存層はより薄くなる。
【００３３】
第２の窒化物半導体層の残存量は、第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層の組成及びドープ量等によって変化する。しかし、同一の条件の下においては、残存量は非常に再現良く制御することができる。図３は第１の窒化物半導体層をｎ型のＧａＮ、第２の窒化物半導体層をｎ型のＡｌＧａＮとした場合に残存する第２の窒化物半導体層の膜厚のばらつきを示している。図３において、横軸はテスト番号であり、縦軸は膜厚の平均値に対してのばらつきを示している。エッチングは７回行い、平均の膜厚は約７ｎｍであった。図３に示すように膜厚のばらつきは±１．５ｎｍ以下であり、非常に再現性が良いことが明らかである。
【００３４】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態として、第１の実施形態において示したＰＥＣエッチング法を用いた半導体装置の製造方法及びそれにより製造された半導体装置の具体例を図面を参照して説明する。
【００３５】
図４は第２の実施形態に係る半導体装置の断面構成を示している。図４に示すように第２の実施形態の半導体装置は、埋め込み型の電流狭窄構造を有する青紫色の半導体レーザ装置である。
【００３６】
ＧａＮからなる基板１１の上に、ｎ型のＧａＮ層１２と、ｎ型のＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層１３と、ｎ型のＧａＮからなるｎ型ガイド層１４と、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層１５と、ｐ型のＡｌＧａＮからなるオーバーフロー抑制層１６とが基板側から順次形成されている。
【００３７】
オーバーフロー抑制層１６の上には、ｐ型のＧａＮからなる第１のｐ型ガイド層１７と、ｎ型のＡｌＧａＮからなり凹部を有する電流狭窄層１８と、ｐ型のＧａＮからなる第２のｐ型ガイド層１９とが形成されている。第２のｐ型ガイド層１９の上には、ｐ型のＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層２０、ｐ型のＧａＮからなるｐ型コンタクト層２１が形成されている。ｐ型コンタクト層２１の上にはｐ側電極２２が形成され、基板１１の裏面にはｎ側電極２３が形成されている。
【００３８】
第１のｐ型ガイド層１７と第２のｐ型ガイド層１９との間にｎ型の電流狭窄層１８が挟まれている。第１のｐ型ガイド層１７と電流狭窄層１８との界面及び第２のｐ型ガイド層１９と電流狭窄層１８との界面に形成されるｐｎ接合により、ｐ側電極２２とｎ側電極２３との間の電流は遮断される。しかし、電流狭窄層１８における凹部の底部に残存した部分１８ａは、厚さが約１５ｎｍであり、後で説明するようにｐ型化されている。このため、第１のｐ型ガイド層１７と電流狭窄層１８と第２のｐ型ガイド層１９とにより、活性層１５に注入する電流を狭窄する電流狭窄構造２４が形成される。これにより、波長が４０５ｎｍの光を出射する半導体レーザ装置が得られる。
【００３９】
以下に、第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について図面を参照して説明する。図５は第２の実施形態の半導体レーザ装置の製造方法を工程順に示している。
【００４０】
まず、図５（ａ）に示すようにＧａＮからなる基板１１の上に、ＧａＮ層１２と、ｎ型クラッド層１３と、ｎ型ガイド層１４と、活性層１５と、オーバーフロー抑制層１６と、第１のｐ型ガイド層１７と、電流狭窄層１８とを有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により順次形成する。
【００４１】
次に、図５（ｂ）に示すように電流狭窄層１８をＰＥＣエッチング法により選択的に除去して凹部３０を形成する。ＰＥＣエッチングは、例えばエッチャントに水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用い、カソードには白金を用い、紫外線を照射して行えばよい。また、ＰＥＣエッチングの際に、基板１１における半導体層が形成されていない面（裏面）がエッチャントに触れないようにすることが好ましい。これは、ＧａＮからなる基板の窒素面（Ｖ族面）が選択的にエッチングされることを防ぐためである。
【００４２】
先に説明したように、ＰＥＣエッチングはｎ型の窒化物半導体層とｐ型の窒化物半導体層との界面近傍において自動的に停止する。この場合、第１のｐ型ガイド層１７が第１の実施形態において説明した第１の窒化物半導体層に該当し、ｎ型の電流狭窄層１８が第２の窒化物半導体層に該当する。このため、凹部３０の底部に約１５ｎｍの厚さの電流狭窄層１８が残存した状態において、ＰＥＣエッチングは自動的に停止する。
【００４３】
次に、図５（ｃ）に示すように、凹部３０を形成した電流狭窄層１８の上に第２のｐ型ガイド層１９と、ｐ型クラッド層２０と、ｐ型コンタクト層２１とをＭＯＣＶＤ法により順次形成する。この際に、第２のｐ型ガイド層１９又は／且つ第１のｐ型ガイド層１７に含まれるｐ型不純物が電流狭窄層１８に拡散する。通常は、このような拡散は無視することができる。しかし、凹部３０においては、電流狭窄層１８の厚さが１５ｎｍ程度しかない。このため、電流狭窄層１８における凹部３０の底部に残存した部分１８ａはｐ型化する。その結果、第２のｐ型ガイド層１９、電流狭窄層１８のｐ型化した部分１８ａ及び第１のｐ型ガイド層１７により電流が流れる電流経路が形成される。
【００４４】
次に、図５（ｄ）に示すように、ｐ型コンタクト層２１の上にニッケル（Ｎｉ）又はパラジウム（Ｐｄ）を含む多層膜を電子線（ＥＢ）蒸着法により形成した後、シンタを行うことによりｐ側電極２２を形成する。また、基板１１を研磨して厚さを約１００μｍとした後、基板１１の裏面にチタン（Ｔｉ）を含む多層膜をＥＢ蒸着法により形成して、ｎ側電極２３を形成する。最後にチップ分離を行うことにより埋め込み型の半導体レーザ装置が得られる。
【００４５】
本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法においては、電流狭窄層１８に形成する凹部３０をＰＥＣエッチング法により形成している。このため、ドライエッチングにより形成する場合と比べて、半導体層に生じるダメージが小さく、エッチングによるデバイス特性の低下を小さくすることができる。
【００４６】
また、第２のｐ型ガイド層１９を電流狭窄層１８の上に再成長させている。従来の半導体レーザ装置の製造方法においては、電流狭窄層に開口部を形成し第１のｐ型ガイド層を露出させる。このため、第２のｐ型ガイド層は、開口部においてはＧａＮの上に成長させ、他の部分においてはＡｌＧａＮの上に成長させなければならない。ＧａＮとＡｌＧａＮ上では最適な結晶成長条件が異なり、そのため、双方の上で良好な結晶性を得ることは困難である。このため、第２のｐ型ガイド層における光吸収が増大し、発振閾値電流が増大するという問題があった。しかし、本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法においては、第２のｐ型ガイド層１９の下地層が電流狭窄層１８のみであるため、均一な再成長を実現でき、発振閾値電流の増大を抑えることができる。
【００４７】
一方、凹部３０の底部にＡｌＧａＮからなる電流狭窄層１８が残存しているため、電流経路の抵抗値が上昇するおそれがある。しかし、凹部３０の底部に残存する電流狭窄層１８の厚さは１５ｎｍ程度でありほとんど無視することができる。
【００４８】
図６には第２の実施形態の製造方法により実際に製造した半導体レーザ装置の電流−出力特性を示す。数１０ｍＡの注入電流により数十ｍＷのレーザ発振出力が得られており、リッジストライプ型の半導体レーザ装置と比べても遜色がない。
【００４９】
また、先に説明したように、凹部３０の底部に残存する電流狭窄層１８の厚さはのばらつきは±１．５ｎｍ程度であるため、再現性良く半導体レーザ装置を製造することが可能である。また、凹部３０の底部に残存する電流狭窄層１８の厚さは、第１のｐ型ガイド層１７及び電流狭窄層１８の組成及び不純物ドープ量によって数ｎｍ〜数十ｎｍの範囲で変化させることができる。
【００５０】
なお、本実施形態において、基板にはＧａＮを用いたが、窒化物半導体層が成長できればどのような物でもよく、サファイア又は炭化珪素からなる基板を用いてもよい。また、第１のｐ型ガイド層及び電流障壁層は、電流障壁層のフェルミ準位が第１のｐ型ガイド層のフェルミ準位よりも大きければよく、ＧａＮ及びＡｌＧａＮに代えて他の組成としてもよい。
【００５１】
（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。図７は第３の実施形態に係る半導体装置の断面構成を示している。図７に示すように本実施形態の半導体装置は、ゲートリセス構造を有するヘテロジャンクション電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）である。
【００５２】
本実施形態のＨＦＥＴは、サファイアからなる基板４１の上に、バッファ層４２と、アンドープのＧａＮからなるチャネル層４３と、アンドープのＡｌＧａＮからなる表面障壁層４４と、ｎ型のＧａＮからなる表面接触層４５とが基板側から順次形成されている。
【００５３】
表面接触層４５の上には、ソース電極及びドレン電極であるオーミック電極４６が互いに間隔をおいて形成されている。表面接触層４５における、２つのオーミック電極４６の間の領域にはゲートリセス部３１が形成されており、ゲートリセス部にはゲート電極４７が形成されている。本実施形態のＨＦＥＴにおいては、ゲートリセス部の底部には数ｎｍの厚さの表面接触層４５が残存しており、ゲート電極４７は表面接触層４５と接触している。
【００５４】
以下に、第３の実施形態に係るＨＦＥＴの製造方法について図面を参照して説明する。図８は本実施形態のＨＦＥＴの製造方法を工程順に示している。まず、図８（ａ）に示すようにサファイアからなる基板４１の上に、バッファ層４２と、アンドープのＧａＮからなるチャネル層４３と、アンドープのＡｌＧａＮからなる表面障壁層４４と、ｎ型のＧａＮからなる表面接触層４５とをＭＯＣＶＤ法により順次形成する。
【００５５】
次に、図８（ｂ）に示すように、表面接触層４５の上にマスクパターン３２を形成した後、ＰＥＣエッチングを行い、ゲートリセス部３１を形成する。ＰＥＣエッチングは、例えばエッチャントに水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用い、カソードには白金を用い、紫外線を照射して行えばよい。形成されたゲートリセス部３１の底部には、厚さが数ｎｍの表面接触層４５が残存している。
【００５６】
次に、図８（ｃ）に示すように、マスクパターン３２を除去した後、ゲートリセス部３１にゲート電極４７を形成し、ゲート電極４７の両側方の表面接触層４５の上にそれぞれオーミック電極４６を形成する。
【００５７】
通常、表面接触層４５をエッチングしてゲートリセス部を形成する際には、ドライエッチングを用いる。しかし、ドライエッチングの場合にはアンドープのＡｌＧａＮからなる表面障壁層４４とｎ型のＧａＮからなる表面接触層４５との選択性は非常に小さい。従って、ドライエッチングの場合には、ウェハごと及びウェハ面内においてもエッチング量がばらついてしまう。その結果、ＨＦＥＴの閾値電圧がばらついてしまう。本実施形態の製造方法では表面接触層４５と表面障壁層４４との界面近傍において再現性良くエッチングを停止させることができる。このため、歩留まり良くＨＦＥＴを製造することが可能となる。また、一般的にドライエッチを用いるとエッチング層にダメージが生じ、デバイス特性が劣化してしまうが、本実施形態の製造方法ではウェットエッチを用いているので、デバイス特性の劣化も抑制できる。
【００５８】
本実施形態の製造方法においては、ゲートリセス部３１の底部に表面接触層４５が残存する。しかし、残存する表面接触層４５の厚さは非常に薄いため、表面接触層が残存することによるリーク電流の発生は無視できる範囲である。特に、本実施形態においては、アンドープのＡｌＧａＮ層の上に形成したｎ型のＧａＮ層をＰＥＣエッチングにより除去している。このように、下側の層がアンドープである場合には、下側の層がｐ型の場合よりも、残存する上側の層の厚さを薄くすることができ、残存量を数ｎｍとすることができる。
【００５９】
なお、本実施形態においては、表面障壁層４４をアンドープのＡｌＧａＮとしたが、ｎ型のＡｌＧａＮとしてもよい。また、表面障壁層４４をｎ型とすることにより２次元電子ガスの濃度を高くすることも可能となる。
【００６０】
２次元電子ガスの濃度を高くするためには、表面障壁層４４にドープするｎ型不純物の濃度が高い方が好ましい。しかし、表面障壁層４４の不純物濃度を高くしすぎると、表面接触層４５よりもフェルミ準位を小さくすることができなくなり、ＰＥＣエッチングが停止しなくなるおそれがある。この場合には、表面障壁層４４を２層にしたり、傾斜材料としたりすることにより表面接触層４５との界面近傍の領域において不純物濃度を小さくすればよい。また、表面障壁層４４と表面接触層４５との間にアンドープの層を形成してもよい。
【００６１】
先に述べたように、ゲート電極のリーク電流はほとんど問題となることがないが、ＰＥＣエッチングにより残存した表面接触層４５をドライエッチングにより除去してもよい。この場合には、厚さが数ｎｍの薄膜層をドライエッチングするので、エッチング量は非常に小さく、ウェハ間及びウェハ面内においてほとんどばらつきが生じることはない。また、エッチング量が小さいので、低パワーでのエッチングが可能で、エッチング層に対するダメージも生じにくい。
【００６２】
表面接触層４５をドライエッチングする場合には、ゲートリセス部３１に残存した部分だけでなく、表面接触層４５の全体をドライエッチングしてもよい。このようにすれば、ドライエッチング用のマスクを形成する工程を省略することが可能となる。また、表面接触層４５の表面をドライエッチングした後にオーミック電極を形成することによりコンタクト抵抗を低減できるという効果も得られる。
【００６３】
なお、本実施形態において、基板にはサファイアを用いたが、ＧａＮ又はＳｉＣ等の他の基板を用いてもよい。また、表面障壁層及び表面接触層は、表面接触層のフェルミ準位が表面障壁層のフェルミ準位より大きければよく、他の組成であってもよい。
【００６４】
第１の実施形態及び第２の実施形態においてＰＥＣエッチングのエッチャントにＫＯＨを用いたが、他のアルカリ性の溶液を用いてもよい。また、カソードは、水素よりもイオン化傾向が大きい材料であれば他の材料を用いてもよい。また、照射する光は、エッチングを行うｎ型の窒化物半導体層のバンドギャップよりもエネルギーが大きい光であればよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明に係る窒化物半導体装置の製造方法は、エッチングダメージによる装置特性の劣化及びエッチングのばらつきによる装置特性のばらつきが小さい半導体装置の製造方法を実現でき、半導体レーザ装置及び窒化物半導体装置の製造方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るエッチング方法の概略を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係るエッチング方法における残存量と窒化物半導体層のエネルギーバンドとの関係を示すバンド図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るエッチング方法の再現性を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の注入電流と出力との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るヘテロ接合電界効果トランジスタの構成を示す断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法を工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１１      基板
１２      バッファ層
１３      ｎ型クラッド層
１４      ｎ型ガイド層
１５      活性層
１６      オーバーフロー抑制層
１７      第１のｐ型ガイド層
１８      電流狭窄層
１８ａ    部分
１９      第２のｐ型ガイド層
２０      ｐ型クラッド層
２１      ｐ型コンタクト層
２２      ｐ側電極
２３      ｎ側電極
２４      電流狭窄構造
３０      凹部
３１      ゲートリセス部
３２      マスクパターン
４１      基板
４２      バッファ層
４３      チャネル層
４４      表面障壁層
４５      表面接触層
４６      オーミック電極
４７      ゲート電極
５１      窒化物半導体層
５２      カソード
５３      溶液
【図１】
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【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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【図８】
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