(57)【要約】【課題】  順テーパ型で対称性の高い均一なリッジ部を有する基板を用いた半導体発光素子を提供する。【解決手段】  基板１０上にマスクパターン１１を形成し、まず、少なくとも  ｛１１１｝Ｂ面を含む結晶の面方位に対して依存性を持たない等方性ウエットエッチングを行う。次いで、少なくとも｛１１１｝Ｂ面を含んだ面方位に対して選択的に行われる選択性エッチングを行う。これら２種類のエッチングにより、両側面が｛１１１｝Ｂ面で構成されたリッジ部１０ａを有する基板１０が作製される。この基板１０上にＳＤＨ構造を形成して半導体発光素子が作製される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面と側面との間の２つの内角がそれぞれ鈍角である順テーパ型のリッジ部を有する基板に、ＳＤＨ構造が形成されてなる半導体発光素子であって、
前記基板のリッジ部は、２種類の異なるウエットエッチングによって形成されたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記２種類の異なるウエットエッチングとして、所望のリッジ形状付近までエッチングを行う第１のウエットエッチングと、リッジ部の側面に非結晶成長面を出現させる第２のウエットエッチングとが施されたことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記リッジ部は、側面が｛１１１｝Ｂ結晶面で構成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記リッジ部は、高さが２．０μｍ以上であり、高さ方向に対して垂直な方向における上面の幅が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記基板は、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）により構成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記基板は、砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ），砒化インジウム（ＩｎＡｓ），燐化インジウム（ＩｎＰ），燐化ガリウム（ＧａＰ）およびアンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）のうちのいずれか１種、またはこれらのうちの少なくとも１種と砒化ガリウム（ＧａＡｓ）との混晶により構成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記基板は、砒化ガリウム（ＧａＡｓ），砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ），砒化インジウム（ＩｎＡｓ），燐化インジウム（ＩｎＰ），燐化ガリウム（ＧａＰ）およびアンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）のうちの少なくとも１種を含む混晶により構成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上面と側面との間の２つの内角がそれぞれ鈍角である順テーパ型のリッジ部を有する基板を用いた半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
砒化ガリウム（ＧａＡｓ），砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ），砒化インジウム（ＩｎＡｓ），燐化インジウム（ＩｎＰ），燐化ガリウム（ＧａＰ）およびアンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザは、室温で赤色から赤外領域に及ぶ発振波長を有し、高密度光ディスクの光源，光通信装置あるいはレーザポインタなどのデバイスへの応用が期待されている。
【０００３】
このようなデバイスへの応用に際しては、閾値電流をより低下させることが望まれており、これを実現する方法の１つとして、ＳＤＨ（Separate Double Heterostructure ）構造が提案されている。これによれば、例えば、リッジ基板のような構造基板の上に、１度の結晶成長で内部電流狭窄機構を有する屈折率導波構造を得ることができる（特許文献１，非特許文献１および非特許文献２参照）。しかも、選択成長を利用しているので、構造基板の段差や斜面部分においても良質な結晶を成長させることができる。
【０００４】
従来、このような構造基板としては、逆テーパ型のリッジ部を有する基板が用いられていた。逆テーパ型のリッジ部とは、上面と側面との内角が鋭角で、断面形状が左右対称な楔型のものを指す。この逆テーパ型のリッジ部を有する基板を製造する場合には、通常、逆メサ方向である＜０１１＞方向と平行にストライプ状のリッジ部を形成するので、通常の異方性エッチャントを用いて結晶方位に対し選択的にウエットエッチングすることにより、比較的容易に均一なリッジ幅を持つリッジ部を得ることができた。
【０００５】
ところが、この逆テーパ型のリッジ部を有する基板では、リッジ部の高さが均等ではなく、特にリッジ部の両側面で高さが異なるために、その上面を基板の底面に対して平行な面として作製することが困難であった。このリッジ部上面の傾きにより、その両脇に自己整合的に成長する半導体層は不均一な構造になりやすく、活性層の両脇に形成される電流ブロック層の位置がずれたり、形状に歪みが生じたりした。そのため、閾値電流や発振波長などのレーザ特性にばらつきが生じやすく、歩留りが悪いという問題があった。
【特許文献１】特開昭６１−１８３９８７号公報
【非特許文献１】Electronics Letters Vol.32 No.7 (1996) pp.664
【非特許文献２】IEEE J.Quantum Electron. Vol.28 (1992) p4
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、順テーパ型のリッジ部を有する基板が検討されてきている。順テーパ型のリッジ部とは、上面と側面との内角が鈍角で、断面形状が台形のものを指す。このような順テーパ型のリッジ部は、例えば硫酸系エッチャントを用いてエッチングを行うことにより形成される。しかし、硫酸系エッチャントを用いるとエッチング速度が速いこと、あるいは高い精度の混合比でエッチャントを調製しなければならないことなどから、エッチングの制御が難しく、結果的に、リッジ幅に大きなばらつきが生じていた。そのため、リッジ部の上に形成される活性層の幅も大きくばらついてしまっていた。これに加え、リッジ部側面が結晶の成長しにくい非結晶成長面とならず、成長面となることも影響し、順テーパ型のｍのについても、上述の逆テーパ型のものと同様に特性がばらついてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、対称性が高く、かつ構造均一性の高い順テーパ型のリッジ部を有する基板に形成されたＳＤＨ構造を持つことにより、信頼性高く、安定的に生産することが可能な半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による半導体発光素子は、上面と側面との間の２つの内角がそれぞれ鈍角である順テーパ型のリッジ部を有する基板に、ＳＤＨ構造が形成されてなるものであって、基板のリッジ部が、２種類の異なるウエットエッチングによって形成されたものである。
【０００９】
本発明による半導体発光素子では、リッジ部が２種類の異なるウエットエッチングによって形成された基板を備えているので、ＳＤＨ構造における位置ずれが少なく、高い信頼性を有している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体発光素子によれば、リッジ部が２種類の異なるウエットエッチングによって形成された基板の上にＳＤＨ構造が構築されているので、素子毎の形状不均一性に起因する閾値電流や発振波長のばらつきが防止され、再現性よく、生産性の高いものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る基板の製造方法を工程毎に表したものである。なお、ここでは、例えば半導体レーザあるいは発光ダイオードなどの半導体発光素子に用いられる順テーパ型のリッジ部を有する基板の製造方法について説明する。
【００１３】
まず、図１（Ａ）に示したように、例えば、ｐ型不純物として亜鉛（Ｚｎ）を添加したＧａＡｓ（砒化ガリウム）よりなり、（１００）面を主面とする厚さ  （主面に対して垂直な方向の厚さ）が例えば３５０μｍの基板１０を用意する。次いで、この基板１０の主面に、リッジ部（図１（Ｃ）参照）の形成領域に対応してマスクパターン１１を形成する。マスクパターン１１の形成は、具体的には、例えば以下のようにして行う。
【００１４】
まず、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法あるいはelecttonic gun蒸着法などの蒸着法によって、基板１０の（１００）面に、厚さ１５０ｎｍの酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）膜と厚さ１０ｎｍの窒化ケイ素（ＳｉＮx ）膜とを積層した多層の無機材料膜を形成し、この無機材料膜上にスピンコート法を用いて厚さ１μｍの図示しないレジスト膜を塗布形成する。次いで、フォトリソグラフィにより、図示しないレジスト膜を例えば基板１０の＜１１０＞方向に延長された多数のストライプ形状に加工し、このレジスト膜をマスクとして、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching；反応性イオンエッチング）またはフッ化水素（ＨＦ）等の可溶性溶液によるエッチングを行い、積層膜を選択的に除去する。そののち、図示しないレジスト膜を除去する。これにより、マスクパターン１１が形成される。
【００１５】
なお、マスクパターン１１の幅（延長方向に対して垂直な方向における幅）は、後述するエッチング工程におけるサイドエッチによりリッジ部１０ａの幅がマスクパターン１１の幅以下となることを考慮して、リッジ部１０ａの幅に応じて決定された所定の値（例えば、リッジ部１０ａ上面の幅が４μｍの場合は１０μｍ）とする。また、ストライプの間隔は、例えば１００μｍとする。
【００１６】
このマスクパターン１１は以後のエッチングに耐えうるものであればよく、例えば、酸化ケイ素あるいは窒化ケイ素の単層膜により形成してもよい。また、マスクパターン１１をレジスト膜などの有機材料膜により構成することも考えられるが、その場合、基板１０とマスクパターン１１との密着性が低く、基板１０をエッチングする際に、マスクパターン１１と基板１０との界面からサイドエッチが進みやすい。よって、マスクパターン１１のうち、少なくとも基板１０と接する部分は、無機材料膜により構成することが好ましく、蒸着法など基板１０との密着性を高くすることができる方法により形成するようにすればより好ましい。
【００１７】
マスクパターン１１を形成したのち、図１（Ｂ）に示したように、基板１０に対して所望のリッジ形状付近まで、基板１０の構成元素に対して選択性を持たない第１のエッチャントを用いた第１のウエットエッチングを行う。この第１のウエットエッチングは、等方性エッチングであり、少なくとも｛１１１｝Ｂ結晶面（以下、｛１１１｝Ｂ面という。）を含む結晶の面方位に対して依存性を持たないように行われ、リッジ部の側面が安定な｛１１１｝Ｂ面となるまでエッチングされる前に終了する。
【００１８】
第１のエッチャントとしては、例えば、硫酸（Ｈ2 ＳＯ4 ）と過酸化水素水  （Ｈ2 Ｏ2 ）と水（Ｈ2 Ｏ）とを硫酸：過酸化水素水：水＝３０：１０：５００の体積比で混合した混合液を用いる。なお、この硫酸系のエッチャントは、温度によってリッジ部側面の形状に影響を与えるが、室温程度、例えば２０℃において用いれば、問題のないリッジ形状を得ることができる。
【００１９】
ここでは、基板１０のマスクパターン１１に覆われていない部分からエッチングが進行し、＜１１０＞方向に対して垂直な方向にサイドエッチも進行する。但し、上述したようにマスクパターン１１を無機材料膜により形成し、基板１０との密着性を高めているので、これらの界面ではサイドエッチの進行が防止される。従って、全体としては、鼓型のリッジ部１０ｂが形成される。
【００２０】
第１のウエットエッチングを行ったのち、図１（Ｃ）に示したように、基板１０の構成元素のうち陽イオンとなり得る元素（例えば、ＧａＡｓの場合にはＧａ）を選択的にエッチングする第２のエッチャントを用いて、基板１０に対してリッジ部１０ａの側面に非結晶成長面である｛１１１｝Ｂ面を出現させる第２のウエットエッチングを行う。この第２のウエットエッチングは、基板１０において、少なくとも｛１１１｝Ｂ面を含んだ面方位に対して選択的に行われる選択性エッチングである。なお、ここで非結晶成長面とは、結晶成長速度が極めて遅く、実質的に結晶が成長しない面のことを指す。
【００２１】
第２のエッチャントとしては、例えば、クエン酸と水とを１：１の体積比で混合したクエン酸水溶液と、過酸化水素水とを、クエン酸水溶液：過酸化水素水＝４５０：１５０の体積比で混合した混合液を用いる。このクエン酸系のエッチャントを用いると、リッジ部１０ａの側面に｛１１１｝Ｂ面が現れた時点でエッチングが自動的に停止し、マスクパターン１１直下ではそれ以上サイドエッチが進行しない。これにより、例えば、側面が｛１１１｝Ｂ面で構成され、上面の幅が４μｍ、高さが３．５〜４．０μｍである＜１１０＞方向に延長された順テーパ型のリッジ部１０ａが精度よく形成される。なお、クエン酸系のエッチャントは、温度が高いとエッチングする元素の選択性が低下する性質を有しているので、リッジ部１０ａの側面を｛１１１｝Ｂ面をとするためには、エッチャントの温度を０℃以上７℃以下、更には５℃以下の範囲に設定することが好ましい。
【００２２】
また、第２のウェットエッチングには、上述したクエン酸系のエッチャントの他、基板１０の構成元素のうち陽イオンとなり得る元素と錯体を形成するものを用いることもできる。このようなエッチャントとしては、例えば、カルボン酸である酒石酸，酢酸，シュウ酸，ギ酸，コハク酸あるいはリンゴ酸などが挙げられる。
【００２３】
第２のウエットエッチングを行ったのち、図１（Ｄ）に示したように、ＲＩＥなどのドライエッチング、または可溶性薬品等の溶液を用いたウエットエッチングを行って、マスクパターン１１を除去する。これにより、所望のリッジ形状を有する基板１０を得ることができる。
【００２４】
リッジ部１０ａの形成に際しては、リッジ部１０ａの高さが例えば２．０μｍ以上となるように調節することが好ましい。この基板１０を用いて例えばＳＤＨ構造の半導体レーザを作製するには、リッジ部１０ａの高さが２．０μｍ以上必要だからである。また、リッジ部１０ａ上面の幅については例えば１０μｍ以下となるように調節することが好ましい。リッジ部１０ａの幅が１０μｍ以下であれば、その上に積層する活性層の幅を３．０μｍ程度とすることができ、低閾値化を達成することができるからである。
【００２５】
なお、図２（Ａ）に示したように、無機材料膜をマスクパターン１１を用いて第１のウエットエッチングのみを行った場合には、リッジ部の形状は鼓型となり、リッジ部の深さ方向にエッチングが進むため、良好な順テーパ型のリッジ部を形成することができない。また、無機材料膜をマスクパターン１１を用いて第２のウエットエッチングのみを行った場合には、エッチング開始から深さ１．５μｍ程度までは｛１１１｝Ｂ面をリッジの側面として順調にエッチングが進む。しかし、それ以上エッチングを進行させると、図２（Ｂ）に示したように、それまでは平坦にエッチングされていたリッジ部以外の他の領域においても｛１１１｝Ｂ面が出現し、平坦な基底面が得られない。ちなみに、上述したように、ＳＤＨ型レーザの作製においては、基板１０のリッジ部１０ａの高さは２．０μｍ以上が最低条件である。また、１．８μｍ以下では、実質上このような発光素子の作製は不可能となる。
【００２６】
このように、本発明の目的とする順テーパ型のリッジ部１０ａを有する基板１０を得るためには、本実施の形態のように２種類の異なるウエットエッチングを組み合わせて行うことが有効であることが分かる。
【００２７】
図３（Ａ）〜（Ｄ）は、レジスト膜よりなるマスクパターン１２を用いてエッチングを行った場合のリッジ部の形状を表したものである。第１のウエットエッチングのみを行った場合には、図３（Ａ）に示したように、サイドエッチが進行してリッジ部が順テーパ形状となるが、このリッジ側面は｛１１１｝Ｂ面となることがなく、化学的に安定な面でもない。また、エッチングの進行に伴い、図３（Ｂ）に示したように、リッジ側面が湾曲する傾向があり、この方法ではリッジ部の形状にばらつきが生じ易い。第２のウエットエッチングのみを行った場合には、図３（Ｃ）に示したように、リッジ部以外の他の領域においても｛１１１｝Ｂ面が出現し、平坦な基底面が得られない。また、第１のウエットエッチングを行ったのち、第２のウエットエッチングを行った場合には、図３（Ｄ）に示したように、リッジ部の形状が釣鐘型となりやすく、平坦面が形成されない場合がある。曲面であるリッジ部の側面は、もちろん化学的に安定な面ではない。
【００２８】
このように、マスクパターン１１，１２を構成する材料により、同じエッチャントを用いても、得られるリッジ部の形状が異なることが分かる。これは、前述したように、基板１０に対する密着性の差によるものであり、有機材料膜よりなるマスクパターン１２の方がサイドエッチされやすいためであると考えられる。
【００２９】
このように本実施の形態に係る基板の製造方法によれば、２種類の異なるウエットエッチング、すなわち第１のウエットエッチングと第２のウエットエッチングとを順次行うようにしたので、リッジ部１０ａの両側面を安定的に｛１１１｝Ｂ面とすることができ、順テーパ型のリッジ部１０ａを対称性の高い形状で、寸法設計性よく形成することができる。
【００３０】
特に、マスクパターン１１の少なくとも基板１０を接する部分を無機材料膜により構成するようにすれば、基板１０とマスクパターン１１との密着性を高くすることができ、基板１０とマスクパターン１１との界面からサイドエッチが進むことを防止することができる。よって、リッジ部１０ａの両側面をより安定的に｛１１１｝Ｂ面とすることができる。
【００３１】
また、蒸着法によりマスクパターン１１の無機材料膜を形成するようにすれば、基板１０とマスクパターン１１との密着性をより高めることができ、リッジ部１０ａの両側面を更に安定的に｛１１１｝Ｂ面とすることができる。
【００３２】
（変形例）
上記第１の実施の形態では、ｐ型不純物として亜鉛を添加したＧａＡｓにより基板１０を構成する場合について説明したが、ケイ素（Ｓｉ）などのｎ型不純物を添加したＧａＡｓ、あるいは不純物を添加しないundope−ＧａＡｓにより基板１０を構成する場合についても同様に作製することができる。
【００３３】
また、砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ），砒化インジウム（ＩｎＡｓ），燐化インジウム（ＩｎＰ），燐化ガリウム（ＧａＰ）およびアンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）のうちのいずれか１種、またはこれらのうちの少なくとも１種と砒化ガリウムとの混晶により構成する場合についても同様に作製することができる。これらについても、ｐ型不純物またはｎ型不純物を添加したものも、不純物を添加しないものも、共に適用することができる。
【００３４】
更に、砒化ガリウム，砒化アルミニウム，砒化インジウム，燐化インジウム，燐化ガリウムおよびアンチモン化ガリウムのうちの少なくとも１種を含む混晶により構成する場合についても同様に作製することができる。もちろん、この場合についても、不純物の添加の有無に関わらず、用いることができる。
【００３５】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態に係る基板の製造方法を用いた半導体発光素子の製造方法およびそれにより得られる半導体発光素子に関するものである。なお、本実施の形態に係る半導体発光素子は、本実施の形態の製造方法によって具現化されるので、以下併せて説明する。
【００３６】
図４（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を工程毎に表したものである。ここでは、ＳＤＨ構造の半導体レーザを例に挙げて説明する。ここで、ＳＤＨ構造とは、リッジ部を有する基板などの構造基板を利用して形成された不連続な半導体層により、内部に電流狭窄機構が設けられた屈折率導波型の構造を指す。以下の説明では、第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
まず、図４（Ａ）に示したように、第１の実施の形態と同様にしてリッジ部１０ａを有する基板１０を作製する。次いで、この基板１０の上に、例えば、ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓよりなる第１導電型クラッド層２１を、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法によりエピタキシャル成長させる。この時、非結晶成長面の｛１１１｝Ｂ面となっているリッジ部１０ａの側面には、第１導電型クラッド層２１は殆ど成長せず、リッジ部１０ａの上面およびその両側に互いに分断して形成される。また、リッジ部１０ａの上面では、第１導電型クラッド層２１の端部にリッジ部１０ａの側面と同じ  ｛１１１｝Ｂ面が生じ、あたかもリッジ部１０ａの側面を延長するかのように成長する。
【００３８】
続いて、図４（Ｂ）に示したように、連続ＭＯＣＶＤ、すなわち各層毎に供給する原料ガスの切り替えを行って、第１導電型クラッド層２１の上に、必要に応じ光ガイド層２２を成長させ、さらに活性層２３を成長させる。光ガイド層２２には、例えば活性層２３よりもアルミニウムの濃度を高くしてエネルギーギャップを拡げたＡｌＧａＡｓ混晶が用いられ、活性層２３には、例えばＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ混晶（ｘ＞ｙ）が用いられる。なお、これら光ガイド層２２および活性層２３を成長させる際にも、｛１１１｝Ｂ面には殆ど成長せず、リッジ部１０ａの上面およびその両側に分断して形成される。
【００３９】
次に、図４（Ｃ）に示したように、活性層２３の上に例えばｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ混晶よりなる第２導電型クラッド層２４を形成する。ここで、第２導電型クラッド層２４の厚さは、その成長の途中でリッジ部１０ａの上面の三角形が閉じるように調節する。この第２導電型クラッド層２４により、活性層２３の両端は閉じられ、電流狭窄および横方向の光閉じ込めが行われる。このようにして、ＳＤＨ構造が形成される。
【００４０】
ＳＤＨ構造を形成した後、図４（Ｄ）に示したように、その上に、例えば不純物濃度が高いｎ型ＧａＡｓよりなるキャップ層２５、およびこれと異なる導電型である例えばｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓよりなる補助電流狭窄層２６を形成する。そののち、補助電流狭窄層２６のリッジ部１０ａ上部中央にあたる部分を、リッジ部１０ａが延長されたストライプ方向に選択的に除去して導通溝２６ａを形成する。更に、補助電流狭窄層２６の上に、導通溝２６ａを介してキャップ層２５とオーミック接触された図示しない電極を形成する。また、基板１０の裏面に、図示しない電極を設ける。これにより、本実施の形態の半導体発光素子が得られる。
【００４１】
このように本実施の形態では、順テーパ型のリッジ部１０ａを対称性の高い形状で、寸法設計性よく形成した基板１０上に、ＳＤＨ構造を構築するようにしたので、リッジ部１０ａの幅と第１導電型クラッド層２１の厚みとを選定することによって、リッジ部１０ａの上に成長させる活性層２３の幅を精度よく制御することができる。よって、幅の狭い共振領域を持つ半導体発光素子を確実に形成することができる。
【００４２】
また、リッジ部１０ａの側面が安定的に｛１１１｝Ｂ面となるので、リッジ部１０ａの両側に分断して形成される半導体層の対称性を高くすることができる。よって、安定した閾値電流や発振波長を持つ半導体発光素子を得ることができる。特に、ここでは説明しないが、リッジ部１０ａの上に成長した活性層２３の両側に電流ブロック層を設ける場合には、この電流ブロック層の対称性を高くすることができるので、より高い効果を得ることができる。
【００４３】
［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態に係る基板の製造方法を用いた他の半導体発光素子の製造方法およびそれにより得られる他の半導体発光素子に関するものである。ここでは、ＳＤＨ構造の半導体レーザを例に挙げて説明する。なお、本実施の形態に係る半導体発光素子は、本実施の形態の製造方法によって具現化されるので、以下併せて説明する。また、以下の説明では、第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４４】
図６ないし図８は、本実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を工程毎に表したものである。まず、第１の実施の形態と同様にして基板１０を作製する。但し、本実施の形態では、マスクパターン１１の厚さを、２５０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲内、好ましくは３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内とする。具体的には、例えば、蒸着法により厚さ３５０ｎｍ〜４００ｎｍの酸化ケイ素膜と、厚さ１０ｎｍ〜１５ｎｍの窒化ケイ素膜とを順次積層した無機材料膜によりマスクパターン１１を形成する。
【００４５】
マスクパターン１１の厚さが薄すぎると、第２のウエットエッチングを行う際に、マスクパターン１１とリッジ部１０ａ上面との接触面積の減少に伴い、マスクパターン１１と基板１０との間の応力が緩和されてマスクパターン１１にうねりが生じ、マスクパターン１１と基板１０との間の密着性が変化してしまい、図５に模式的に示したように、リッジ部１０ａの側面に凹凸が生じてしまうからである。また、マスクパターン１１の厚さが厚すぎると、マスクパターン１１に亀裂が生じてしまい、リッジ部１０ａの形状が欠けなどによりばらついてしまうからである。よって、本実施の形態では、マスクパターン１１の厚さを上述した範囲内とすることにより、リッジ部１０ａの側面に形成される凹凸の周期を大きくし平坦化すると共に、欠けなどによる形状のばらつきを防止するようになっている。
【００４６】
なお、マスクパターン１１の厚さが１μｍ以下であれば、マスクパターン１１のエッチングにそれほど長時間を必要とせず、基板１０を量産する場合にも、製造コスト等に影響を及ぼすことはない。
【００４７】
基板１０を作製したのち、図６に示したように、第２の実施の形態と同様にして、例えば、ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＧａＡｓよりなる厚さ０．６μｍのバッファ層３１，ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型Ａｌs Ｇａ1-s Ａｓ（但し、０＜ｓ＜１）混晶よりなる厚さ５００ｎｍの第１導電型クラッド層３２、ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型Ａｌt Ｇａ1-t Ａｓ（但し、ｔ＜ｓ）混晶よりなる厚さ３５ｎｍの光ガイド層３３、およびＡｌu Ｇａ1-u Ａｓ（但し、ｕ＜ｔ）混晶よりなる厚さ７ｎｍの活性層３４を順次成長させる。続いて、例えば、ｎ型不純物としてケイ素が添加されたｎ型Ａｌt Ｇａ1-t Ａｓ混晶よりなる厚さ３５ｎｍの光ガイド層３５、およびｎ型不純物としてケイ素が添加されたｎ型Ａｌs Ｇａ1-s Ａｓ混晶よりなる第２導電型クラッド層３６（図８参照）の下層部３６ａを順次成長させる。この下層部３６ａは、リッジ部１０ａ上において、その側面が交わるまで成長させる。なお、下層部３６ａの厚さは、例えば５００ｎｍである。これらの各層は、第２の実施の形態と同様に、リッジ部１０ａの上面およびその両側に分断して形成される。
【００４８】
第２導電型クラッド層３６の下層部３６ａを成長させたのち、図７に示したように、例えばｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型Ａｌs Ｇａ1-s Ａｓ混晶よりなる電流ブロック層３７を、活性層３４の側面を覆うように厚さを調節して成長させる。ここでは、基板１０の＜１１０＞方向に延長されたリッジ部１０ａの側面が平坦あるいは平坦に近くなっているので、その上に成長した各層の形状もそれに倣っており、電流ブロック層３７は平坦性良く高い位置精度で形成される。よって、活性層３４の側面は、電流ブロック層３７により精度良く覆われる。
【００４９】
電流ブロック層３７を形成したのち、電流ブロック層３７および下層部３６ａの上に、例えば、ｎ型不純物としてケイ素が添加されたｎ型Ａｌs Ｇａ1-s Ａｓ混晶よりなる厚さ５００ｎｍの第２導電型クラッド層３６の上層部３６ｂを成長させる。その際、下層部３６ａの側面が交わった部分に達する厚さまで成長が進行すると、基板１０の全面に成長するようになる。第２導電型クラッド層３６の上層部３６ｂを成長させたのち、その上に、例えば、ｎ型不純物としてケイ素が高濃度に添加されたｎ型ＧａＡｓよりなる厚さ６０００ｎｍのキャップ層３８を成長させる。
【００５０】
そののち、キャップ層３８の上に、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金を順次蒸着してｎ側電極３９を形成する。また、基板１０の裏面側に、例えば、ニッケル，白金（Ｐｔ）および金を順次蒸着してｐ側電極４０を形成する。これにより、ＳＤＨ構造の半導体レーザが完成する。
【００５１】
このようにして製造される半導体レーザは、次のように作用する。
【００５２】
この半導体レーザでは、ｎ側電極３９とｐ側電極４０との間に所定の電圧が印加されると、リッジ部１０ａ上に形成された活性層３４に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が起こる。ここでは、厚さが２５０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲内のマスクパターン１１を利用して基板１０のリッジ部１０ａが形成されており、リッジ部１０ａ上面におけるうねりの発生が防止され、側面は平坦あるいはそれに近くなっている。従って、基板１０の上に成長した各半導体層の形成位置にばらつきが少なく、リッジ部１０ａ上に形成された活性層３４の両側面は、電流ブロック層３７により精度よく覆われている。よって、光ガイド層３３から光ガイド層３５へ、あるいはその逆に無効電流が流れることが防止され、閾値電流，動作電圧および発振波長などがより安定する。
【００５３】
なお、ここでは具体的には示さないが、例えば、酸化ケイ素膜１１ｂの厚さを２５０ｎｍから３８０ｎｍまでの間で種々変化させて、酸化ケイ素膜１１ｂよりなるマスクパターン１１を形成し、基板１０に対して第１のエッチングおよび第２のウエットエッチングを行ったところ、第２のウエットエッチング時に、マスクパターン１１がうねることなく、リッジ部１０ａ上面におけるうねりが発生しなかった。また、リッジ部１０ａ側面は平坦になっていた。更に、そののち、この基板１０に結晶を成長させたところ、平坦な所望の表面形態を得ることができた。
【００５４】
このように本実施の形態によれば、厚さが２５０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲内のマスクパターン１１を利用して第１のウエットエッチングおよび第２のウエットエッチングを行い、基板１０にリッジ部１０ａを形成するようにしたので、エッチング時にマスクパターン１１にうねりが生じ、それに伴って、リッジ部１０ａの側面に凹凸が発生することを効果的に防止することができる。よって、リッジ部１０ａにおける形状のばらつきを抑制することができ、基板１０を再現性よく作製することができる。その結果、基板１０の歩留りを向上させることができる。
【００５５】
また、この基板１０を用いてＳＤＨ構造の半導体レーザを製造する場合には、各半導体層の形成位置のばらつきを少なくすることができ、確実に活性層３４の両側面全体を覆うように電流ブロック層３７を精度よく形成することができる。よって、特性の安定した、信頼性の高い半導体レーザを得ることができる。また、半導体レーザの歩留りを向上させることができる。その結果、この半導体レーザを光集積回路，光通信あるいは光記録媒体の光源などのデバイスに応用する場合に、応用の自由度が高くなると共に、デバイスの高速化，軽量化，小面積化および低消費電力化を実現することができる。また、コンシューマあるいはポータブル機器への応用も容易に行うことが可能となる。
【００５６】
（応用例）
上記第３の実施の形態では、無機材料膜によりマスクパターン１１を構成するようにしたが、図９に示したように、無機材料膜１１ａの上に、更に、レジスト膜などの有機材料膜１１ｂを含んでマスクパターン１１Ａを構成するようにしてもよい。なお、このマスクパターン１１Ａの厚さは、２５０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲内とすることが好ましく、３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内であればより好ましい。
【００５７】
有機材料膜１１ｂには、例えば、無機材料膜をパターニングしてマスクパターン１１とする際に用いたレジスト膜を利用することができる。その場合、例えば、パターンニング後、無機材料膜１１ａおよび残存部分のレジスト膜の厚さの合計が２５０ｎｍ以上１μｍ以下となるように、レジスト膜の一部をエッチングする。また、無機材料膜１１ａおよび塗布形成したレジスト膜の厚さの合計が１μｍ以下であれば、全く除去しないで、全部を有機材料膜１１ｂとすることこともできる。
【００５８】
このように、基板１０側から無機材料膜１１ａおよび有機材料膜１１ｂが順次積層された構造のマスクパターン１１Ａを用いても、第３の実施の形態と同様に、エッチング時にマスクパターン１１Ａがうねり、それに伴って、リッジ部１０ａの上面にうねりが生じ、側面に凹凸が発生することを効果的に防止することができる。また、レジスト膜除去工程の一部または全部を省略することができるので、製造コストを低減することができる。
【００５９】
なお、ここでは具体的には示さないが、厚さ１５０ｎｍの酸化ケイ素膜１１ｂの上に厚さ２５０ｎｍのレジスト膜１１ｃが積層されたマスクパターン１１Ａを用いた場合においても、第２のウエットエッチング時に、マスクパターン１１Ａがうねることなく、リッジ部１０ａ上面におけるうねりが発生しなかった。また、リッジ部１０ａ側面は平坦になっていた。更に、そののち、この基板１０に結晶を成長させたところ、平坦な所望の表面形態を得ることができた。
【００６０】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、側面を｛１１１｝Ｂ面により形成した順テーパ型のリッジ部１０ａを有する基板の製造方法について説明したが、本発明は基板の用途に依らず、同様の形状の構造基板に対して広く適用できる。一般に、ウエットエッチングは、エッチャントの種類により結晶方位依存性を持つことが多い。その中でも特定の結晶面に対しては方位依存性を持たないエッチャントを選んで第１のウエットエッチングを行い、その特定の結晶面に対して逆に選択性を示すエッチャントを選択して第２のウエットエッチングを行うものであればよく、本実施の形態におけるエッチャントに限定するものではない。
【００６１】
また、上記第２および第３の実施の形態では、半導体レーザの具体的構成を挙げて説明したが、本発明は順テーパ型のリッジ部１０ａを有する基板の上に複数の結晶層を成長させた他の構成を有する半導体レーザについても適用できる。例えば、第２の実施の形態では、光ガイド層２２を設けるようにしたが、これを具備しないようにしてもよい。また、第３の実施の形態と同様に、基板１０と第１導電型クラッド層２１との間にバッファ層を挿入してもよい。
【００６２】
更に、上記第２および第３の実施の形態では、基板１０の上にＭＯＣＶＤ法により各層を成長させるようにしたが、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタキシー）法などの他の気相成長法により成長させるようにしてもよい。
【００６３】
加えて、上記第２および第３の実施の形態では、半導体装置として半導体レーザを具体例に挙げて説明したが、本発明は他の半導体装置についても適用することができる。例えば、電界効果トランジスタを製造する際、リセスを形成する場合に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る基板の製造方法の各工程を表す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る基板の製造方法の特徴部分を説明するための断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る基板の製造方法の特徴部分を説明するための他の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の各工程を表す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る基板の製造方法の改良可能な部分を説明するための部分断面斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を表す断面図である。
【図７】図６に続く工程を表す断面図である。
【図８】図７に続く工程を表す断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザの製造において用いるマスクパターンの一構成例を表す断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０…基板、１０ａ…リッジ部、１１，１１Ａ…マスクパターン、２１，３２…第１導電型クラッド層、２２，３３，３５…光ガイド層、２３，３４…活性層、２４，３６…第２導電型クラッド層、２５，３８…キャップ層、２６…補助電流狭窄層、２６ａ…導通溝、３１…バッファ層、３７…電流ブロック層、３９…ｎ側電極、４０…ｐ側電極
【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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