(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体基板上に、窒化物半導体薄膜を積層して窒化物半導体成長層を形成する第１ステップと、前記窒化物半導体成長層の一部を除去してリッジストライプを形成する第２ステップとを備えた窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、
前記第１ステップにおいて、前記窒化物半導体薄膜の間に、互いに組成の異なる少なくとも２種類の層からなる周期構造を２周期以上備えるエッチングマーカー層を積層し、
前記第２ステップにおいて、前記窒化物半導体成長層の除去はドライエッチングによって行われ、ドライエッチングに伴う前記エッチングマーカー層に含まれる元素のプラズマ発光を検知し、前記エッチングマーカー層の周期構造の１周期のエッチングに必要な時間を計測し、計測を完了した後、前記計測した１周期のエッチングに必要な時間とＸＲＤによって事前に測定された前記周期構造の１周期分の厚さとから計算したエッチング速度に基づき、ドライエッチングにより前記リッジストライプを形成することを特徴とする窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２】
前記エッチングマーカー層が、ＡｌWＧａ1-WＮ（０．０５≦Ｗ≦１）、ＩｎXＧａ1-XＮ（０．０５≦Ｘ≦１）、ＡｌYＩｎZＧａ1-Y-ZＮ（０．０５≦Ｙ≦１、０．０５≦Ｚ≦１）およびＧａＮのうち少なくとも２種類以上の層を含む周期構造またはこれらのうち組成Ｗ、Ｘ、ＹまたはＺが互いに０．０５以上異なる同じ種類の層を２層以上含む層からなる周期構造を２周期以上備えることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３】
前記エッチングマーカー層が超格子であることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項４】
前記エッチングマーカー層を構成する各層の厚さが０．００１μｍ以上であることを特徴とする、請求項２または３に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項５】
前記エッチングマーカー層を構成する各層の厚さが０．０５μｍ以下であることを特徴とする、請求項２または３に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライエッチング法を用いた窒化物半導体レーザ素子の製造方法およびその方法によって製造した窒化物半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮおよびそれらの混晶に代表される窒化物半導体材料により、紫外から可視領域で発振する窒化物半導体レーザ素子が各研究機関において精力的に研究されている。
【０００３】
一般にＡｌＧａＮ系結晶は、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ；反応性イオンエッチング）法、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ；誘導結合高周波プラズマ）法等のドライエッチングによる手法で、窒化物半導体層に電流狭窄構造であるリッジストライプ構造を形成するための掘り込みを行う。しかし、ＡｌＧａＮ系結晶は化学的に安定であるため、掘り込まれる部分の結晶性、並びにエッチング装置への投入電力や反応性ガスの濃度等の微量な違いで掘り込み深さが大きく変化する。このため、設定した掘り込み深さに対して、掘りすぎたり、足りなかったりと、素子毎にリッジストライプの掘り込み深さが異なるものとなりやすい。
【０００４】
半導体レーザ素子のＦＦＰ（Ｆａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ；遠視野像）の水平形状は、おおまかにリッジストライプの幅と掘り込み深さから決定される。したがって、形成されるリッジストライプの形状が異なればＦＦＰの水平形状も異なるものとなり、基準から外れたものは不良品となる。したがって、歩留まり向上にはＦＦＰの水平形状が基準を満たす半導体レーザ素子を得るには一定の形状のリッジストライプを形成する必要がある。
【０００５】
従来例として、窒化物半導体層にＩＣＰ法でリッジストライプを形成する場合を説明する。図７は基板上に窒化物半導体成長層をＭＯＣＶＤ法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属気相成長法）で成長した窒化物半導体ウェハーの概略構成図である。窒化物半導体ウェハー１１０は、ｎ型ＧａＮ基板１１１上に、窒化物半導体成長層１２０が形成されている。窒化物半導体成長層１２０は、厚さ０．２μｍのｎ型ＧａＮ層１２１、厚さ２．２μｍのｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層１２２、厚さ０．０２μｍのｎ型ＧａＮガイド層１２３、厚さ４ｎｍのＩｎＧａＮ層と厚さ８ｎｍのＧａＮ層が交互に３層ずつ重なったＩｎＧａＮ／ＧａＮ―３ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ；多重量子井戸）活性層１２４、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ蒸発防止層１２５、０．５５μｍのｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層１２６、厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１２７が順番に積層されている。
【０００６】
図８には、ＩＣＰ装置１７０内に図７の窒化物半導体ウェハー１１０と、モニタ用ウェハー１６１とを置いた状態の平面図、図９にはその正面図を示し、エッチングされた深さすなわち掘り込み深さを測定する原理を簡単に図示した。モニタ用ウェハー１６１は、エッチングされた量をモニタするためのものであり、サファイア基板上にＧａＮ層を４μｍ以上成長させている。
【０００７】
窒化物半導体ウェハー１１０のｐ型ＧａＮコンタクト層１２７上に、リッジストライプを形成するためのストライプ状のマスク（幅２μｍ）を形成し、この状態でＩＣＰ装置１７０によってエッチングを行い、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２７およびｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層１２６を掘り込む。本例の場合、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２７の表面から０．５７μｍを掘り込み深さの目標として設定し、次に示す方法で測定する掘り込み深さに基づいて、ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ蒸発防止層１２５から０．０８μｍ上を目標にして停止した。
【０００８】
このときの掘り込み深さの測定は、図９に示した様にモニタ用ウェハー１６１にレーザ光発生装置１８１からレーザ光を照射し、その反射光の強度をディテクター１８２で測定することで実現される。本例の場合、モニタ用ウェハー１６１のサファイア基板の表面（つまりＧａＮ層との界面）での反射光とＧａＮ層表面での反射光とが干渉するため、ＧａＮ層の厚みが掘り込まれて変化するにつれ、レーザ光強度が、図１０に示す、掘り込み深さとレーザ高強度の関係を示すグラフのように変化する。この周期と掘り込まれた材質の屈折率との関係から掘り込まれた厚みが計測できる。
【０００９】
また、特許文献１および特許文献２においてはエッチング液を用いた湿式のエッチング方法によって窒化物半導体成長層をエッチングして、所定の深さに掘り込んだリッジストライプを形成する方法が提案されている。
【特許文献１】特開平９−２３２６８１号公報（第４頁、図２）
【特許文献２】特開２０００−３３２２９０号公報（第４頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１１は、上述した従来の方法で種々の深さにエッチングした窒化物半導体ウェハーの、表面段差計を用いて測定した実際の掘り込み深さと設定掘り込み深さの関係を示した。同図から掘り込み深さは、設定掘り込み深さに対して非常にばらついていることが分かる。本実施例の場合、測定サンプルと掘り込み実施サンプルが異なっていることもあり、その結晶性の違いによる掘り込み深さのバラツキが考えられる。そこでサファイア基板上にＧａＮ層を成長したウェハーを細かく分割して、数回エッチングを実施し、装置の再現性を調べた結果、装置のエッチング量の再現性も悪いことが分かった。これらのことから、装置のエッチング量の再現性を向上させたとしても、結晶性による掘り込み深さの差が発生するため、その制御は非常に難しいと考えられる。
【００１１】
また、ウェハー全てについて各層が設計通りの厚さに成長できているわけではなく、ウェハー毎に多少ばらつく場合があり、これらのウェハーから切り出された実際の素子は、掘り込み深さにばらつきが発生する可能性が高い。このため素子毎に掘り込み深さを設定するために、例えば、ウェハーの端を切り出し、ＳＥＭ等で層厚を測定する必要があった。この場合、ウェハーの端が取られるので、ウェハー１枚から取れる素子の数が減ることになり、好ましくない。さらに、ウェハーの端は、異常成長を起こし易い場所であるため、実際のウェハーでは中心と端の層厚では、違いが発生する可能性が高く、その違いは必ずしも一定ではない。故に、この方法でも、掘り込む深さ設定自体が不正確であると言う欠点がある。
【００１２】
また、特許文献１および特許文献２で提案された方法では、形成されたリッジストライプの側面が平面となりにくく、かつ半導体レーザ素子全体をエッチング液に浸すため、不要な部分までエッチングされてしまう。また、エッチング液が必要であり、乾燥工程なども必要となるため、装置および工程が複雑かつ煩雑となる。
【００１３】
そこで、本発明では、所望の掘り込み深さに掘り込んだリッジストライプを作製できる窒化物半導体レーザ素子およびその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】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明は、窒化物半導体基板上に、窒化物半導体薄膜を積層して窒化物半導体成長層を形成する第１ステップと、前記窒化物半導体成長層の一部を除去する第２ステップをと備えた窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記第１ステップにおいて、前記窒化物半導体薄膜の間に、互いに組成の異なる少なくとも２種類の層からなる周期構造を２周期以上備える超格子層からなるエッチングマーカー層を積層し、前記第２ステップにおいて、前記窒化物半導体層の除去はドライエッチングによって行われ、ドライエッチングに伴う前記エッチングマーカー層に含まれる元素のプラズマ発光を検知し、前記エッチングマーカー層の周期構造の１周期のエッチングに必要な時間を計測し、計測を完了した後、前記計測した１周期のエッチングに必要な時間と前記１周期分の周期構造の厚さとから計算したエッチング速度に基づき、所定の深さにドライエッチングを行うことを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記エッチングマーカー層が、ＡｌWＧａ1-WＮ（０．０５≦Ｗ≦１）、ＩｎXＧａ1-XＮ（０．０５≦Ｘ≦１）、ＡｌYＩｎZＧａ1-Y-ZＮ（０．０５≦Ｙ≦１、０．０５≦Ｚ≦１）およびＧａＮのうち少なくとも２種類以上の層を含む周期構造またはこれらのうち組成Ｗ、Ｘ、ＹまたはＺが互いに０．０５以上異なる同じ種類の層を２層以上含む層からなる周期構造を２周期以上備えることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記エッチングマーカー層が超格子であることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記エッチングマーカー層を構成する各層の厚さが０．００１μｍ以上であることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記エッチングマーカー層を構成する各層の厚さが０．０５μｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
また本発明の窒化物半導体レーザ素子は、上記いずれかの窒化物半導体レーザ素子の製造方法を用いて製造されたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、窒化物半導体成長層をエッチングする際に現れるプラズマ発光を検知し、互いに組成の異なる少なくとも２種類の層からなる周期構造を２周期以上備えるエッチングマーカー層をエッチングする際に周期的に現れるプラズマ発光から測定した１周期のエッチングに必要な時間と、事前にＸＲＤ（Ｘ−ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒ；Ｘ線回折装置）などによって測定した周期構造の１周期の厚さから、エッチング速度を計算し、これに基づいて窒化物半導体成長層を所定の深さにエッチングする。したがって、基板上に窒化物半導体成長層を成長させたウェハーごとに窒化物半導体成長層の結晶性が異なったものとなりやすいが、窒化物半導体成長層をエッチングしながらエッチング速度を計算し、エッチング深さを制御するため、この結晶性によらず一定の深さにエッチングすることができる。よって、この窒化物半導体素子の製造方法によって、所定の深さに掘り込んだリッジストライプを容易に作成することができる。
【００２１】
また、本発明によると、エッチングマーカー層が、ＡｌWＧａ1-WＮ（０．０５≦Ｗ≦１）、ＩｎXＧａ1-XＮ（０．０５≦Ｘ≦１）、ＡｌYＩｎZＧａ1-Y-ZＮ（０．０５≦Ｙ≦１、０．０５≦Ｚ≦１）およびＧａＮのうち少なくとも２種類以上の層を含む周期構造またはこれらのうち組成Ｗ、Ｘ、ＹまたはＺが互いに０．０５以上異なる同じ種類の層を２層以上含む層からなる周期構造を２周期以上備えるため、ＡｌおよびＩｎの少なくとも一方のプラズマ発光スペクトルがノイズに埋もれずに検知できる。
【００２２】
さらにエッチングマーカー層は超格子層とすることにより、周囲の層と明確に組成を異なるものとしたまま薄くできるため、エッチングマーカー層のプラズマ発光の検知対象であるＡｌやＩｎなどの元素のプラズマ発光スペクトルを明確に検知できるようにしつつ、これらの元素の濃度がリッジストライプの周辺において高くなりすぎることがなく、窒化物半導体レーザ素子の抵抗および消費電力の増加を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下において、本発明の実施形態を説明するにあたり、用語の意味を予め明らかにしておく。本明細書に記載の「窒化物半導体層」とは、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０≦ｚ≦１；ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる。ただし、窒化物半導体層の窒素元素のうちで、その約１０％以下がＡｓ、Ｐ、またはＳｂの元素で置換されてもよい。また、窒化物半導体層中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、またはＢｅがドーピングされてもよい。ｎ型窒化物半導体としては、これらのドーピング材料のうちでも、Ｓｉ、Ｏ、およびＣｌが特に好ましい。
【００２４】
なお、本願の図面において、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わしてはいない。
【００２５】
図１は本発明の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子を形成する前の窒化物半導体ウェハー１０の構造を示す概略構成図である。窒化物半導体ウェハー１０は、ｎ型ＧａＮ基板１１上に、窒化物半導体成長層２０が形成されている。窒化物半導体成長層２０は、ｎ型ＧａＮ基板１１側から順に、厚さ０．２μｍのｎ型ＧａＮ層２１、厚さ２．２μｍのｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２２、厚さ０．０２μｍのｎ型ＧａＮガイド層２３、厚さ４ｎｍのＩｎＧａＮ層と厚さ８ｎｍのＧａＮ層が交互に３層ずつ重なったＩｎＧａＮ／ＧａＮ―３ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ；多重量子井戸）活性層２４、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ蒸発防止層２５、厚さ０．３μｍのｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２６、厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層２７が積層されている。
【００２６】
また、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２６とｐ型ＧａＮコンタクト層２７との間にエッチングマーカー層３０が形成されている。エッチングマーカー層３０は、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２６側から順に厚さ０．００５μｍのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層と厚さ０．０２μｍのｐ型ＧａＮ層を１周期とする周期構造を１０周期分備えた超格子構造を有するものである。
【００２７】
各層の組成、構成、厚さは一例であり、適宜変更して構わない。なお、本実施形態においては、ｎ型ＧａＮ基板１１を窒化物半導体基板として用いたが、窒化物半導体基板はこの材料に限定されるものではなく、ｐ型のＧａＮ基板、半絶縁性のＧａＮ基板、Ａｌ1-xＧａxＮ（０≦ｘ≦１）基板などを用いても構わない。
【００２８】
次に、上述の窒化物半導体成長層２０の製造方法を説明する。以下の説明ではＭＯＣＶＤ法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属化学気相蒸着法）を用いた場合を示しているが、エピタキシャル成長できる成長法であれば、ＭＯＣＶＤ法に限定されるものではなく、ＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ；分子線エピタキシ法）、ＨＶＰＥ法（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ；ハイドライドＶＰＥ法）等、他の気相成長法を用いても構わない。
【００２９】
ｎ型ＧａＮ基板１１をＭＯＣＶＤ装置の成長炉内の所定のサセプタ上に設置し、キャリアガスとして、Ｈ2とＮＨ3をそれぞれ５ｌ／ｍｉｎ流しながら、サセプタ温度を１０５０℃まで昇温する。昇温が終われば、Ｇａの原料としてトリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ；ＴＭＧ）を１３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4を７０ｎｍｏｌ／ｍｉｎとして成長炉内に供給し、ｎ型ＧａＮ層２１を０．２μｍ成長させる。その後、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎに減少し、Ａｌの原料としてトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ；ＴＭＡ）を５μｍｏｌ／ｍｉｎとして成長炉内に供給して、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２２を２．２μｍ成長させる。ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２２の成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧを１３０μｍｏｌ／ｍｉｎに増加し、ｎ型ＧａＮガイド層２３を０．０２μｍ成長させる。
【００３０】
その後、ＴＭＧ、ＳｉＨ4の供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に代え、サセプタ温度を８００℃まで降温する。最初に、ＴＭＧを１０μｍｏｌ／ｍｉｎを成長炉内に供給し、厚さ２０ｎｍのＧａＮ層を成長させる。次に、インジウムの原料としてトリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ；ＴＭＩ）を５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを１０μｍｏｌ／ｍｉｎとして成長炉内に供給し、厚さ４ｎｍのＩｎＧａＮ層を成長させる。次に、ＴＭＩの供給を停止し、８ｎｍのＧａＮ層を成長させる。その後再びＴＭＩを５μｍｏｌ／ｍｉｎとして成長炉内に供給し、厚さ４ｎｍのＩｎＧａＮ層を成長させ、同様の動作を繰り返して、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ−３ＭＱＷ活性層２４はＧａＮ/ＩｎＧａＮ／ＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮの順序で形成される。なお、最後のＧａＮ層は、ｕｎ−ＧａＮ/Ｓｉ−ＧａＮ/ｕｎ−ＧａＮの構成で成長し、それぞれの層厚を２０ｎｍ、１０ｎｍ、４０ｎｍとした。
【００３１】
ＩｎＧａＮ／ＧａＮ―３ＭＱＷ活性層２４が形成されると、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止し、サセプタ温度を１０５０℃まで昇温して、キャリアガスをＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡを１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｐ型ドーパントであるＭｇの原料としてビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ2Ｈ5Ｃ5Ｈ4）2Ｍｇ；ＥｔＣｐ2Ｍｇ）を０．２μｍｏｌ／ｍｉｎで成長炉内に供給し、ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ蒸発防止層２５を２０ｎｍ成長させる。ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ蒸発防止層２５の成長が終了すると、ＴＭＧの供給を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに減少し、ＴＭＡを４μｍｏｌ／ｍｉｎで成長炉内に供給し、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２６を０．３５μｍ成長させる。
【００３２】
次に、ＴＭＡの供給を１５μｍｏｌ／ｍｉｎに増加（もしくは、ＴＭＧの供給を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに減少）させ、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を０．００５μｍ成長させる。続いて、ＴＭＡの供給を停止し、ｐ型ＧａＮ層を０．０１５μｍ成長させる。その後再び１５μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＡを供給し、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を０．００５μｍ成長させ、同様の動作を繰り返して、厚さ０．００５μｍのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層と厚さ０．０１５μｍのｐ型ＧａＮ層を１周期とする周期構造を１０周期分備えた超格子構造を有するエッチングマーカー層３０を形成する。
【００３３】
次に、ＴＭＡの供給を停止後、ＥｔＣｐ2Ｍｇの供給量を１μｍｏｌ／ｍｉｎへ増加、ＴＭＧの供給は１００μｍｏｌ／ｍｉｎを維持し、ｐ型ＧａＮコンタクト層２７を０．１μｍ成長させて、窒化物半導体成長層２０を完成させ、窒化物半導体レーザ素子の半導体積層膜の成長を終了する。その後、ＴＭＧおよびＥｔＣｐ2Ｍｇの供給を停止して降温する。このようにして、表面に窒化物半導体成長層２０の形成された窒化物半導体ウェハー１０が得られる。なお、これらの各層の厚さは目標値であり、実際の値とは異なる場合がある。
【００３４】
まず、通常のフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて、幅略２μｍのリッジストライプ構造を形成するように、ｐ型ＧａＮコンタクト層２７とエッチングマーカー層３０をエッチングして除去する。引き続き、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２６の一部をエッチングして、エッチングを停止する。なお、本実施形態において、ドライエッチングに用いる反応性ガスとしてＳｉＣｌ4を用いるものとするが、これに限定されるものではなく、ＢＣｌ3などの塩素を含有する他のガスを用いても構わない。
【００３５】
このようにエッチングを実施する際、ＩＣＰ装置などのドライエッチング装置が備えるプラズマ発光観測用のビューポート部分に分光器の入射口を直接接続するか、光ファイバーなどを用いることにより、ドライエッチング装置の反応炉（チャンバー）内に生成されたプラズマからの光を分光器の入射口に導入する。そして特定の波長の光の強度変化を観測・検知する。その観測光の強度変化を検知することで、どの層までエッチングしているかを知ることができる。
【００３６】
図２に、例として基板側からＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＧａＮ層が順に積層された試料を、表側からエッチングした場合の分光した特定波長の光の強度の時間変化を示している。図に示すように、エッチング時間が１７６秒の時点で２６１．１６ｎｍの波長の光、１８５秒の時点で４５１．２３ｎｍの波長の光の発光強度を示す曲線は凸状となり、特異な変化を示している。２６１．１６ｎｍの波長の光はＡｌ、４５１．２３ｎｍの波長の光はＩｎに起因するものである。なお、本実施例における観測波長は上記であったが、実際にはそれぞれ±２ｎｍの範囲の波長で観測できる。
【００３７】
よって、窒化物半導体成長層２０をエッチングする際に、Ａｌに起因する発光スペクトルを検知すれば、エッチングマーカー層３０は周期構造であり、エッチングマーカー層３０をエッチングしている際には発光スペクトルも周期的に変化するため、何番目の周期をエッチングしているかや、１周期分のエッチングにかかる時間がわかる。事前にＸＲＤ（Ｘ−ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒ；Ｘ線回折装置）などによってエッチングマーカー層３０の周期構造の１周期分の厚さをあらかじめ測定しておくことにより、これと、１周期分のエッチングにかかる時間から、エッチング速度をエッチング中に計算することができる。
【００３８】
図３は、ウェハー１０のｐ型ＧａＮコンタクト層２７面についてＸＲＤ測定した結果を示すグラフである。ＧａＮおよびＡｌＧａＮに起因するピークが見られる。このグラフで周期層厚として示した間隔が、エッチングマーカー層３０のｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層とｐ型ＧａＮ層が構成する周期構造の１周期分の厚さである。この結果から、周期構造の１周期分の厚さは０．０２０μｍと求めることができる。
【００３９】
よって、エッチング中に計算したエッチング速度に基づいてエッチング時間を制御することにより、所定の形状のリッジストライプを形成するように、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２６の一部までエッチングすることができる。このようにして、従来のようなモニタ用ウェハーの掘り込み深さに基づくのではなく、エッチング中に測定したエッチング速度に基づいてエッチング時間を制御することにより、窒化物半導体成長層２０の結晶性によらずに正確に目標通りの掘り込み深さにエッチングすることができ、適切な形状のリッジストライプを形成することができる。
【００４０】
次に、リッジストライプを形成した窒化物半導体ウェハー１０を個々の窒化物半導体レーザ素子５０に加工するプロセスを行う。概要は、一般的であるので、詳細は省略するが、窒化物半導体ウェハー１０のリッジストライプを形成した面上に、電流狭窄のための絶縁膜４１、ｐ電極パッド４２、４３を形成し、ｎ型ＧａＮ基板１１を窒化物半導体成長層２０が形成されていない面から研削研磨を行い、この研削研磨を行った面上にｎ電極４４を作製した後、窒化物半導体ウェハー１０をリッジストライプ方向にキャビティ長が３００μｍから１２００μｍの範囲になるようにバーの状態に分割し、図４の概略構成図に示す窒化物半導体レーザ素子５０を作製した。ｐ電極パッド４２、４３は、いずれも金属を蒸着して形成したものであり、例えばＭｏ／Ａｕ、Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｍｏ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｌなどの金属の多層膜であっても、Ａｕのみの単層であってもよい。また、絶縁膜４１はＳｉＯ2、ＺｒＯ、ＴｉＯ2、Ｓｉ2Ｎ4などで構成される。
【００４１】
ウェハー１０と同様の構造を持つウェハーを２０枚作製し、各ウェハーについてエッチングマーカー層１周期分の厚さを測定し、プラズマ発光のモニタリングを行いながら、ＩＣＰ装置によってエッチングを行いリッジストライプを作製した。周期的に現れるＡｌに起因した発光スペクトルの検知結果から、１周期のエッチングにかかる時間を測定し、事前にＸＲＤにて測定して得られた１周期分の厚さからエッチング速度を割り出し、エッチングマーカー層の信号が検知され初めてからｐ型ＧａＮコンタクト層を含めて合計０．５７μｍのエッチングに相当する時間エッチングしたところで、エッチングを停止した。各ウェハーから窒化物半導体レーザ素子を無作為に１００個ずつ取り出し、その合計２０００個の窒化物半導体レーザ素子の水平ＦＦＰの半値幅を測定した。このときの水平ＦＦＰ設計値に対して±１度以内に収まる窒化物半導体レーザ素子の数は１９１０個であった。この結果を、図５の、横軸にＦＦＰ設計値からのずれ、縦軸に該当する窒化物半導体レーザ素子の個数とした度数分布のグラフに示す。
【００４２】
従来例、つまりエッチングマーカー層を挿入せず、モニタ用ウェハーを用いてエッチング厚さを測定する方法でエッチングを制御して作製された窒化物半導体レーザ素子では、上記の条件を満たしたものは、図５と同様にして作成した図６のグラフに示すように６００個であったため、大幅に歩留まりが向上した。これは、エッチング深さのバラツキがなくなったことによる。
【００４３】
本実施形態において、エッチングマーカー層３０は、ＡｌWＧａ1-WＮ（０．０５≦Ｗ≦１）、ＩｎXＧａ1-XＮ（０．０５≦Ｘ≦１）およびＡｌYＩｎZＧａ1-Y-ZＮ（０．０５≦Ｙ≦１、０．０５≦Ｚ≦１）およびＧａＮのうち少なくとも２種類以上の層を含む周期構造、またはこれらのうち組成Ｗ、Ｘ、ＹまたはＺが互いに０．０５以上異なる同じ種類の層を２層以上含む層からなる周期構造を２周期以上備えるものであればよい。周期構造を２周期分以上備えていれば、ＸＲＤにより周期構造の厚さが検出可能である。また、いずれの層を選んで周期構造を構成した場合でも、例えば構成元素が同じ層で周期構造を構成した場合でも、隣接する層でＡｌやＩｎの濃度が０．０５以上異なることから、エッチングが進行してエッチングしている層が別の層に変わった際にはプラズマ発光が明確に変化する。したがってプラズマ発光の変化が、検知しやすく、周期構造１周期分のエッチング時間の算出が容易に行える。さらに、エッチングマーカー層３０を超格子とすることによって、構成する各層を周囲の層と明確に組成を異なるものとしたまま薄くできる。これによって、エッチングマーカー層のプラズマ発光の検知対象であるＡｌやＩｎなどの元素のプラズマ発光スペクトルを明確に検知できるようにしつつ、これらの元素のリッジストライプの周辺における平均濃度が高くなりすぎることがなく、窒化物半導体レーザ素子の抵抗および消費電力の増加を抑制することができる。
【００４４】
また、エッチングマーカー層３０を構成する各層の厚さが０．００１μｍ未満の場合またはＸとＹが０．０５未満の場合は、エッチング時に現れるＡｌおよびＩｎのプラズマ発光の発光スペクトルがノイズに埋もれてしまって検出できない。したがって、エッチングマーカー層３０を構成する各層の厚さは、発光スペクトルの検出信号強度を向上させるため、０．００１μｍ以上であることが好ましく、０．００５μｍ以上であることがより好ましい。また、エッチングマーカー層３０を構成する各層の厚さは０．０５μｍ以下であることが好ましい。これは、エッチングマーカー層３０を構成する各層の厚さが０．０５μｍよりも厚い場合、窒化物半導体成長層２０のリッジストライプ付近でのＡｌおよびＩｎの少なくとも一方の平均濃度が高くなりすぎるため、ｐ型特性が悪化して、窒化物半導体ウェハー１０から得られる窒化物半導体レーザ素子２０の抵抗が上昇し、消費電力が増加するためである。また、特にＡｌＧａＮがエッチングマーカー層３０に含まれる場合、周囲の層との格子定数差が大きいことから、クラックが入りやすく、素子の製造歩留まりが大幅に低下するためである。
【００４５】
また、本実施形態では、周期的に現れるエッチングマーカー層３０を構成する層に含まれる元素の発光スペクトルの周期と、事前に測定したエッチングマーカー層３０の１周期分の厚さから、エッチング速度をその場で計算するため、エッチングマーカー層３０をエッチングし終わった後でもエッチング時間に基づいて掘り込み深さを計算しながらさらに深くまでエッチングできる。よって、エッチングマーカー層３０を設ける位置は、掘り込み深さよりも浅い位置であればよいため、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２６またはｐ型ＧａＮコンタクト層２７を分割してその間に設けられていてもよく、ｐ型ＧａＮコンタクト層２７の表面に設けられていてもよい。
【００４６】
以上より、エッチングマーカー層３０を設ける位置にかかわらず、所望の掘り込み深さを得ることができ、掘り込み深さの設計変更にも容易に対応できる。
【００４７】
また、エッチングマーカー層３０は、エッチング停止位置に挿入されていても良い。Ａｌ、Ｉｎのプラズマ発光が消えたタイミングでエッチングを停止する。この場合、エッチングを停止するタイミングを取りやすくするために、周期構造を３周期分以上備える構成とするのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る窒化物半導体ウェハーの概略構成図
【図２】ＡｌおよびＩｎを含む窒化物半導体薄膜のエッチング時のプラズマ発光強度の測定結果の一例
【図３】本発明の実施形態に係る窒化物半導体ウェハーのＸＲＤ測定結果
【図４】本発明の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の概略構成図
【図５】本発明の実施形態に係る方法で作成した窒化物半導体レーザ素子のＦＦＰ設計値からのずれの度数分布
【図６】従来の方法で作成した窒化物半導体レーザ素子のＦＦＰ設計値からのずれの度数分布
【図７】従来の窒化物半導体ウェハーの概略構成図
【図８】従来の窒化物半導体ウェハーを配置したＩＣＰ装置の平面図
【図９】従来の窒化物半導体ウェハーを配置したＩＣＰ装置の正面図
【図１０】従来の窒化物半導体成長層の掘り込み深さとレーザ光強度の関係を示すグラフ
【図１１】従来の設定掘り込み深さと実測掘り込み深さとの関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００４９】
１１    ｎ型ＧａＮ基板
２０    窒化物半導体成長層
２１    ｎ型ＧａＮ層
２２    ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層
２３    ｎ型ＧａＮガイド層２３
２４    ＩｎＧａＮ／ＧａＮ―３ＭＱＷ活性層
２５    ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ蒸発防止層
２６    ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層
２７    ｐ型ＧａＮコンタクト層
３０    エッチングマーカー層
５０    窒化物半導体レーザ素子
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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