(57)【要約】【課題】エッチングマーカー層を用いた半導体装置の製造方法であって、素子特性を低下させることなく、エッチング深さを精密かつ容易に制御可能なものを実現する。【解決手段】窒化物系化合物半導体レーザの製造工程において、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７下にｐ型ＡｌＧａＮエッチングマーカー層２００を敷く。エッチング量の被エッチング面における不均一性をＢ、キャップ層１０８およびクラッド層１０７との合計膜厚の不均一性をＤ、合計膜厚の平均値に対するマーカー層２００の平均膜厚の膜厚比をＮとして、２Ｂ＞Ｄ＞０およびＮ＞｜(Ｂ−Ｄ)｜の関係式を満足させる。また、エッチング量の多寡に応じてキャップ層１０８およびクラッド層１０７との合計膜厚を変化させる。【選択図】図１
2007207798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）表面を有する半導体基板の前記表面上方に、表面を有するエッチングマーカー層を形成する工程と、
（ｂ）前記エッチングマーカー層の前記表面上に被エッチング層を形成する工程と、
（ｃ）プラズマを用いたドライエッチングにより、前記被エッチング層に選択的にエッチングを行う工程と
を備え、
前記工程（ｃ）において、前記エッチングマーカー層の組成に対応したプラズマ発光強度の変化に応じて、前記ドライエッチングを停止する半導体装置の製造方法であって、
前記工程（ｂ）において、前記被エッチング層の被エッチング面内でエッチング量の多い場所では前記被エッチング層の膜厚を厚く、前記被エッチング層の被エッチング面内でエッチング量の少ない場所では前記被エッチング層の膜厚を薄く形成し、
前記被エッチング層の被エッチング面内の各所におけるエッチング量の最大値、最小値および平均値を用いた、（最大値−最小値）／平均値×１００［％］の値をエッチング量の面内不均一性Ｂと定義し、
前記エッチングマーカー層の表面の各所における、前記被エッチング層の膜厚の最大値、最小値および平均値を用いた、（最大値−最小値）／平均値×１００［％］の値を前記被エッチング層の膜厚の不均一性Ｄと定義し、
前記被エッチング層の膜厚の前記エッチングマーカー層の表面上における平均値をＬとし、
前記エッチングマーカー層の平均膜厚をＭとし、
前記Ｍを前記Ｌにて除した値を膜厚比Ｎとし、
２Ｂ＞Ｄ＞０、および、Ｎ＞｜(Ｂ−Ｄ)｜（“｜”は絶対値記号を表す）との関係式を同時に満たす
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記エッチングマーカー層は、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層であり、
前記被エッチング層は、前記エッチングマーカー層上に形成されたｐ型ＡｌyＧａ1-yＮ層（ｘ＞ｙ）を少なくとも有する
半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法を用いて製造された
半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エッチングマーカー層を含む半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌＧａＩｎＮ系半導体等の窒化物を含む窒化物系III−Ｖ族化合物半導体は、化学的に安定で、かつ硬度が高い。そのため、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）または燐化インジウム（ＩｎＰ）のような他のIII−Ｖ族化合物半導体の製造プロセスにて用いられている化学エッチング（具体的にはウェットエッチング）を用いることができない。
【０００３】
例えばＡｌＧａＡｓ系半導体では、２つのＡｌＧａＡｓ層においてＡｌおよびＧａの組成比を変えることにより、一方のＡｌＧａＡｓ層を選択的に化学エッチングすることが可能であった。しかし、窒化物系III−Ｖ族化合物半導体は、化学エッチングではほとんどエッチングされない。そのため、窒化物系III−Ｖ族化合物半導体のエッチングには、プラズマを用いたドライエッチングが用いられている。
【０００４】
さて、窒化物系III−Ｖ族化合物半導体を用いてリッジ型化合物半導体レーザを製造する場合、以下の問題がある。すなわち、リッジ型化合物半導体レーザでは、リッジ導波路の深さがばらつくとレーザの発振特性が大きく変動する。そのため、リッジ導波路をエッチングにより形成する際に、エッチング深さを精密に制御する必要がある。
【０００５】
上述のように、窒化物系III−Ｖ族化合物半導体には化学エッチングが適用できないため、窒化物系III−Ｖ族化合物半導体の加工にはドライエッチングが用いられる。ところが、ドライエッチングではエッチング選択性が低い。ドライエッチングでは通常、エッチング時間によってエッチング深さが制御され、エッチング時間によるエッチング深さ制御は、エッチング量の制御性が悪いからである。そのため、エッチング深さを精密に制御することが困難である。
【０００６】
この問題を解決するため、たとえば下記特許文献１に記載の技術が存在する。下記特許文献１では、Ｉｎを含むエッチングマーカー層にエッチングが到達した時のプラズマ発光スペクトルの変化を利用してエッチングを停止させる方法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２４４５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
エッチングマーカー層を用いてエッチングを停止させる上記の方法においては、発光スペクトルの変化が明瞭であることが必要とされる。ところが、半導体基板の表面にドライエッチングを行う際、エッチングすべき被エッチング面の各所におけるエッチング量を均一に保つことは困難である。そのため、被エッチング面内におけるエッチング量の不均一性に起因して、発光スペクトルの変化が不明瞭になり、エッチングマーカー層へのエッチング到達の検出が困難な場合がある。
【０００９】
また、エッチング量の被エッチング面内不均一性がゼロであっても、エッチングマーカー層から最上層までのエッチングされるべき各層の合計膜厚の、エッチングマーカー層表面における分布が不均一な場合にも、やはりエッチングマーカー層へのエッチング到達の検出が困難な場合がある。
【００１０】
また、上記特許文献１にてエッチングマーカー層として用いられているＩｎＧａＮの成長温度は、ＡｌＧａＮよりも低い。通常、ＩｎＧａＮは８００℃程度、ＡｌＧａＮは１０００℃程度の成長温度で形成される。そのため、上記特許文献１の図４に記載のように、ｐ型ＩｎＧａＮエッチングマーカー層２００の形成後に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７を成膜するためには、ｐ型ＩｎＧａＮエッチングマーカー層２００の形成後に、成膜装置のチャンバ内の温度をｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７の成長温度にまで上昇させ、その温度が安定するまで待機する必要がある。
【００１１】
このとき、ｐ型ＩｎＧａＮエッチングマーカー層２００の表面では、Ｉｎ成分の蒸発や成膜装置内部の残留ガス成分の付着が起こる。そのため、ｐ型ＩｎＧａＮエッチングマーカー層２００上に結晶成長が行われるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７の結晶品質が、劣化しやすい。結晶品質が劣化すると結晶欠陥が増大し、歪量子井戸層で発光した光が結晶欠陥により吸収されやすいため、発振閾電流値が増大するとの問題がある。
【００１２】
また、ｐ型ＩｎＧａＮエッチングマーカー層２００の禁制帯幅は、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０６やｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７の禁制帯幅よりも小さい。そのため、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０６とｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７との間にｐ型ＩｎＧａＮエッチングマーカー層２００を挿入すると、ｐ型ＩｎＧａＮエッチングマーカー層２００によりレーザ光の一部が吸収され（レーザ光が損失する）、発振閾電流値がより増大するとの問題もある。
【００１３】
このように、プラズマ発光を検出するためにＩｎＧａＮエッチングマーカー層を導入すると、発光デバイスの性能を低下させるという課題もある。
【００１４】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、エッチングマーカー層を用いた半導体装置の製造方法であって、素子特性を低下させることなく、エッチング深さを精密かつ容易に制御可能なもの、および、その製造方法にて製造された半導体装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、（ａ）表面を有する半導体基板の前記表面上方に、表面を有するエッチングマーカー層を形成する工程と、（ｂ）前記エッチングマーカー層の前記表面上に被エッチング層を形成する工程と、（ｃ）プラズマを用いたドライエッチングにより、前記被エッチング層に選択的にエッチングを行う工程とを備え、前記工程（ｃ）において、前記エッチングマーカー層の組成に対応したプラズマ発光強度の変化に応じて、前記ドライエッチングを停止する半導体装置の製造方法であって、前記工程（ｂ）において、前記被エッチング層の被エッチング面内でエッチング量の多い場所では前記被エッチング層の膜厚を厚く、前記被エッチング層の被エッチング面内でエッチング量の少ない場所では前記被エッチング層の膜厚を薄く形成し、前記被エッチング層の被エッチング面内の各所におけるエッチング量の最大値、最小値および平均値を用いた、（最大値−最小値）／平均値×１００［％］の値をエッチング量の面内不均一性Ｂと定義し、前記エッチングマーカー層の表面の各所における、前記被エッチング層の膜厚の最大値、最小値および平均値を用いた、（最大値−最小値）／平均値×１００［％］の値を前記被エッチング層の膜厚の不均一性Ｄと定義し、前記被エッチング層の膜厚の前記エッチングマーカー層の表面上における平均値をＬとし、前記エッチングマーカー層の平均膜厚をＭとし、前記Ｍを前記Ｌにて除した値を膜厚比Ｎとし、２Ｂ＞Ｄ＞０、および、Ｎ＞｜(Ｂ−Ｄ)｜（“｜”は絶対値記号を表す）との関係式を同時に満たす半導体装置の製造方法である。また、その製造方法により製造された半導体装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、被エッチング層の被エッチング面内でエッチング量の多い場所では被エッチング層の膜厚を厚く、被エッチング層の被エッチング面内でエッチング量の少ない場所では被エッチング層の膜厚を薄く形成する。エッチング量の多い箇所では被エッチング層の膜厚が大きく、エッチング量の少ない箇所では被エッチング層の膜厚が小さいので、エッチング量の不均一性を打ち消す効果がある。そして、２Ｂ＞Ｄ＞０、および、Ｎ＝Ｍ／Ｌ＞｜(Ｂ−Ｄ)｜との関係式を同時に満たす。これにより、エッチングマーカー層の膜厚をより薄くでき、かつ、発光強度の最大変動量を低下させずにプラズマ発光をモニターできる。そして、エッチング量の面内不均一性が存在する場合であっても、エッチングマーカー層下の所定位置からエッチングマーカー層中の被エッチング面までの距離たるエッチング残し厚さの均一性を向上させることができる。よって、素子特性を低下させることなく、エッチング深さを精密かつ容易に制御可能な、エッチングマーカー層を用いた半導体装置の製造方法が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
＜ａ．従来のプラズマ発光スペクトルを用いたエッチング停止方法について＞
まず、上記特許文献１に記載のプラズマ発光スペクトルを用いたエッチングの停止方法とその課題について詳しく説明する。
【００１８】
上記特許文献１の図５に記載の、窒化物系III−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの製造途中の構造を、図１に示す。図１では、半導体基板（サファイア基板）１００上に、ＧａＮ低温層１０１、ｎ型ＧａＮバッファ層１０２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０４、ＩｎＧａＮ歪量子井戸層１０５、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０６、ｐ型ＩｎＧａＮエッチングマーカー層２００、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８、および、酸化膜層２０１が、この順に積層されている。そして、図１では、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８、および、酸化膜層２０１にドライエッチングが施され、半導体レーザ構造のリッジ部が形成された段階が示されている。
【００１９】
なお、この後、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８上にｐ型電極（図示せず）が形成され、また、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３からｐ型ＩｎＧａＮエッチングマーカー層２００までの積層構造をｎ型ＧａＮバッファ層１０２の途中までエッチングして、露出した面にｎ型電極（図示せず）が形成される。
【００２０】
ｐ型ＧａＮキャップ層１０８およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７に対しては、酸化膜層２０１をマスクとして選択的に、塩素ガスを用いたプラズマドライエッチング（例えばＲＩＥ：Reactive ion etching）が施される。すなわち、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７は、あいまって被エッチング層となる。このエッチング時のプラズマ発光を観察することにより、Ｉｎのプラズマ発光波長に対応する発光ピークが現れた時にエッチングが停止される。つまり、ｐ型ＩｎＧａＮエッチングマーカー層２００の組成に対応したプラズマ発光強度の変化に応じて、ドライエッチングを停止する。
【００２１】
エッチング後のｐ型ＧａＮ層キャップ層１０８およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７の断面は、その深さがエッチングマーカー層で規定されたメサ形状を構成している。そして、メサ形状のｐ型ＧａＮ層キャップ層１０８およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７が、半導体レーザのリッジ導波路として機能する。
【００２２】
半導体レーザのリッジ導波路として機能するＡｌＧａＮクラッド層１０７のエッチング深さがばらつくと、レーザの発振特性が大きく変動する。そのため、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７のドライエッチング時のエッチング深さは、精密に制御されなければならない。上記特許文献１ではエッチングマーカー層２００の材質としてＩｎＧａＮを用い、Ｉｎに対応したプラズマ発光のスペクトル変化を検出することによりエッチング深さを制御している。
【００２３】
発明者らは、膜厚２０ｎｍのｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００、膜厚５００ｎｍのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０７、および、膜厚２０ｎｍのｐ型ＧａＮキャップ層１０８を有する図１の構造を実際に複数、作成し、各種測定を行った。図２は、実際に作成した構造のエッチング時におけるＩｎの規格化発光強度をエッチング時間とともに示した一つの実験結果である。なお、エッチング速度は２００ｎｍ／分である。
【００２４】
ここで、Ｉｎの「規格化発光強度」とは、ｐ型ＩｎＮに対してプラズマエッチングを行った時のＩｎの発光強度を基準として、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００からのＩｎの発光強度を、ｐ型ＩｎＮにおけるＩｎの発光強度で割った値として定義する。つまり、Ｉｎの規格化発光強度＝（ｐ型ＩｎxＧａ1-xＮエッチングマーカー層におけるＩｎのプラズマ発光強度）／（ｐ型ＩｎＮにおけるＩｎのプラズマ発光強度）と定義する。
【００２５】
本願発明者らの実験によれば、半導体基板１００上の被エッチング面（ｐ型ＧａＮキャップ層１０８やｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０７等の各層のうち、エッチングプラズマに接触することによりエッチングが行われる面）内の各所においてエッチング速度がほぼ一定の場合、規格化発光強度は、ｐ型ＩｎＧａＮエッチングマーカー層２００のＩｎxＧａ1-xＮ組成式中のＩｎの組成比を表すｘと同じ値となることがわかった。
【００２６】
図２を用いて、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８およびｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０７のエッチング開始からｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００でのエッチング終了までのＩｎの規格化発光強度の変化について説明する。
【００２７】
まず、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８およびｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０７をエッチングしている間は、膜中にＩｎを含まないため、Ｉｎの規格化発光強度はゼロである。エッチングが進み、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００が露出すると、規格化発光強度は０．１０（Ｉｎの組成比と値が同じ）となる。そして、膜厚２０ｎｍのエッチングマーカー層２００をエッチングしている間は０．１のままである。次に、Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００のエッチングが終了すると、Ｉｎを含まないｐ型ＧａＮ光ガイド層１０６が露出するため、規格化発光強度は再びゼロとなる。
【００２８】
このように、エッチングマーカー層２００が露出したことに対応するＩｎの規格化発光強度の変化を検出すれば、エッチングを停止すればよい。上記の例では、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０７をエッチングした後にｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００が露出すると、Ｉｎの規格化発光強度は０．１０だけ増加することになる。
【００２９】
ここで、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００とその上に形成されたｐ型ＧａＮキャップ層１０８およびｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０７との間の規格化発光強度の差を、発光強度変化量αと定義する。すると、Ｉｎの発光強度変化量αが０．１０になった時に、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８の表面からｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００までエッチングできたと判定し、エッチングを停止させることによってエッチング深さの制御を行うことができる。
【００３０】
次に、上記特許文献１に記載のプラズマ発光スペクトルを用いたエッチングの停止方法における課題について説明する。
【００３１】
上記特許文献１に記載のエッチング停止方法では、被エッチング面の各所におけるエッチング量が均一である、すなわち、被エッチング面内の各所におけるエッチング速度が一定であると想定されている。しかし、現実には、被エッチング面内の各所においてエッチング速度に違いが存在し、その違いにより被エッチング面内に数％程度のエッチング量の分布が存在する。
【００３２】
また、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００からｐ型ＧａＮキャップ層１０８までの各層（ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０７およびｐ型ＧａＮキャップ層１０８）の合計膜厚についても、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００の表面上の各所において異なる場合があり、これら各層の合計膜厚の分布も存在する場合がある。
【００３３】
このように、エッチング量の分布やエッチングマーカー層上の合計膜厚の分布が存在する場合には、エッチング時間に対する規格化発光強度の振る舞いが大きく変わることを、本願発明者らは見い出した。
【００３４】
図３は、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００からｐ型ＧａＮキャップ層１０８までの各層の合計膜厚は半導体基板１００の表面上の各所において均一であって、被エッチング面内の各所におけるエッチング量の面内不均一性が０%、３％、６％、１０％、１５％、２０％の各場合に対して、Ｉｎの規格化発光強度をエッチング時間に対してプロットした実験結果を示す図である。
【００３５】
本願では「エッチング量の面内不均一性」を、被エッチング面内の各所におけるエッチング量の最大値、最小値および平均値を用いて、（最大値−最小値）／平均値×１００［％］と定義した。たとえば「エッチング量の面内不均一性が０％である」とは、被エッチング面内の各所にてエッチング量に偏りがなく均一で一定であることを示し、「エッチング量の面内不均一性が２０％である」とは、被エッチング面内の各所にてエッチング量に平均エッチング量の最大２０％の偏りが生じていることを表している。
【００３６】
図３より、エッチング量の面内不均一性の値によって、規格化発光強度の最大値や時間変動量が変化することがわかる。面内不均一性が３％の場合では、規格化発光強度の最大変動量は０．１０であり、面内不均一性が０％の時と同じである。しかし、エッチング時間に対する規格化発光強度の変化率は異なる。なお、「規格化発光強度の最大変動量」とは、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００における規格化発光強度の最大値からｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０７における規格化発光強度の最大値を引いた差として定義した値を指す。
【００３７】
また、６％以上の面内不均一性の場合では、規格化発光強度の最大変動量が面内不均一性の上昇とともに低下する。さらに、エッチング時間に対する規格化発光強度の変化率も面内不均一性の値に依存して変動することがわかった。つまり、規格化発光強度の最大変動量や規格化発光強度のエッチング時間変化率はエッチング量の面内不均一性に依存し、面内不均一性が上昇すると、規格化発光強度の最大変動量や時間変化率が低下する。
【００３８】
ここでは、エッチング量の面内不均一性がゼロではない場合について説明したが、エッチング量の面内不均一性がゼロであっても、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００からｐ型ＧａＮキャップ層１０８までの各層の合計膜厚の、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００の表面上における分布が不均一な場合には、やはり規格化発光強度の最大変動量や規格化発光強度のエッチング時間変化率が低下することが、本願発明者らの実験により判明している。
【００３９】
すなわち、エッチング量の面内分布やエッチングマーカー層以上の各層の合計膜厚の分布が存在している場合には、上記特許文献１に記載のプラズマ発光を用いたエッチング停止方法では規格化発光強度の最大変動量や規格化発光強度のエッチング時間変化率が変動するために、エッチングマーカー層の検出が困難になるという問題が生じることがわかった。
【００４０】
また、ここまでエッチング量の制御を主眼として説明してきたが、図１の半導体レーザ構造のうち、活性層たるＩｎＧａＮ歪量子井戸層１０５の表面からｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００中の被エッチング面までの距離が０．０５μｍ〜０．３μｍと近接している場合には、ＩｎＧａＮ歪量子井戸層１０５の表面からｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００中の被エッチング面までの距離（以下、エッチング残し厚さと言う）の制御性が劣化すると、ビーム径の広がり角や発振閾電流値のばらつきが増大するため、エッチング量よりもむしろエッチング残し厚さの均一性の向上が、ビーム径の広がり角や発振閾電流値のばらつき低減にとって重要となる。
【００４１】
エッチング量の面内分布や各層の合計膜厚の分布がなく、均一なエッチングが行われる場合には、エッチング量の制御性はエッチング残し厚さの制御性とほぼ同等と言えた。しかし、エッチング量の面内分布や各層の合計膜厚の分布が存在する場合には、当然ながらエッチング残し厚さのｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００の表面上における分布も生じるため、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００の表面上の各所にてエッチング残し厚さが設計仕様からずれた発光素子が形成されることになり、発光素子の歩留まり低下を引き起こすという問題がある。
【００４２】
また、窒化物系III−Ｖ族化合物半導体に、上記特許文献１に記載のｐ型ＩｎxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００を挿入する場合には、以下の問題が生じる。
【００４３】
ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０６とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との間にｐ型ＩｎxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００を挿入すると、ＩｎxＧａ1-xＮの禁制帯幅はＧａＮおよびＡｌyＧａ1-yＮの禁制帯幅よりも狭いため、ｐ型ＩｎxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００における光吸収（光損失）が増加する。その結果、発振閾電流値が増加するという問題が生じる。発光素子としては、消費電力抑制のため、発振閾電流値が低い方が望ましいことは当然である。
【００４４】
また、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７の結晶成長温度が、ｐ型ＩｎxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の結晶成長温度よりも高い。そのため、ｐ型ＩｎxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の形成後に、半導体レーザ構造をＡｌyＧａ1-yＮの結晶成長温度が安定する成膜装置の中で待機させている間に、ｐ型ＩｎxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００表面からＩｎが蒸発し、その蒸発によってｐ型ＩｎxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００表面に欠陥や荒れが生じやすい。よって、ｐ型ＩｎxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００上にｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７を形成したときに、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７の結晶品質が低下し、その結果、発振閾電流値が増加するという問題がある。
【００４５】
本発明は、これら上記の問題を解決するためにエッチングプロセスを詳細に検討した考察に基づいてなされたものである。
【００４６】
＜ｂ．本発明における、エッチング量の面内分布がある場合の規格化発光強度の変化について＞
次に、本発明における、エッチング量の面内分布がある場合の規格化発光強度の変化について考察を行う。
【００４７】
まず、本発明では、図１のｐ型ＩｎxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００に代わって、ＩｎＧａＮではなくＡｌＧａＮを採用したｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００を採用する。それ以外の部分については、図１の半導体レーザ構造と同様である。
【００４８】
図４は、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００を採用した本発明の半導体レーザ構造について、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８からエッチングを開始してｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層１０７（ｙ＝０．０５の場合）およびｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎエッチングマーカー層２００（ｘ＝０．２の場合）までエッチングしたときの、Ａｌに対する規格化発光強度の最大変動量を、エッチング量の面内不均一性が０％（すなわち、エッチング量が面内で均一の場合）、および、１％、２％、３％、４％、６％、１０％、１５％、２０％の各場合に対してプロットしたグラフである。
【００４９】
ここで、Ａｌの「規格化発光強度」とは、ｐ型ＡｌＮに対してプラズマエッチングを行った時のＡｌの発光強度を基準として、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎエッチングマーカー層２００からのＡｌの発光強度を、ｐ型ＡｌＮにおけるＡｌの発光強度で割った値として定義する。つまり、Ａｌの規格化発光強度＝（ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層におけるＡｌのプラズマ発光強度）／（ｐ型ＡｌＮにおけるＡｌのプラズマ発光強度）と定義する。
【００５０】
また、「規格化発光強度の最大変動量」とは、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００における規格化発光強度の最大値からｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７における規格化発光強度の最大値を引いた差として定義した値を指す。「エッチング量の面内不均一性」の定義は上述したように、被エッチング面内の各所におけるエッチング量の最大値、最小値および平均値を用いた、（最大値−最小値）／平均値×１００［％］である。
【００５１】
なお、図４のグラフは、ｐ型ＡｌxＧａ1-xエッチングマーカー層２００からｐ型ＧａＮキャップ層１０８までの各層の合計膜厚の、ｐ型ＡｌxＧａ1-xエッチングマーカー層２００の表面上における分布が均一な半導体レーザ構造について、採取したものである。また、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８の膜厚を２０ｎｍ、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層１０７の膜厚を５００ｎｍ、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎエッチングマーカー層２００の膜厚を２０ｎｍとした。また、エッチングされる全ての層に対して、エッチング速度を２００ｎｍ／分とした。
【００５２】
本願発明者らの実験によれば、半導体基板１００上の被エッチング面（ｐ型ＧａＮキャップ層１０８やｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７等の各層のうち、エッチングプラズマに接触することによりエッチングが行われる面）内の各所においてエッチング速度がほぼ一定の場合、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００およびｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７において、Ａｌの規格化発光強度の最大値はＡｌの組成比ｘまたはｙと同じ値となることがわかった。すなわち、エッチング量の面内不均一性が０％の場合、規格化発光強度の最大変動量はｘ−ｙとなる。上記例では０．１５（＝０．２−０．０５）である。
【００５３】
図４からわかるように、規格化発光強度の最大変動量は、面内不均一性が０％から３％程度までは０．１５と一定であり、０％の場合と同じ最大変動量が得られるが、さらに面内不均一性が上昇すると、最大変動量は減少する。エッチング量の面内不均一性が３％程度以内に収まれば、０％の場合と同じ最大変動量が得られる理由は、半導体基板１００上のエッチングマスクで保護されていない全ての箇所においてｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００が残置し、たとえエッチング量に不均一が存在しても、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００において充分な発光強度を確保できるためであると考えられる。
【００５４】
このように、エッチング量の面内不均一性が存在する場合でも、エッチング量の面内不均一性が０％の場合と同じ規格化発光強度の最大変動量が得られる条件を、本願発明者らは各種実験より経験的に下記のように導き出した。
【００５５】
すなわち、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の表面からエッチング前の被エッチング面までの膜厚、つまり、本実施の形態ではｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚Ｌ、に対するｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の膜厚Ｍの割合Ｎ（＝Ｍ／Ｌ×１００％）(以下、割合Ｎのことを膜厚比と呼ぶ)が、エッチング量の面内不均一性の値と等しい、または面内不均一性の値よりも大きいことが条件となる。つまり、膜厚比Ｎ≧エッチング量の面内不均一性、という関係を満たす場合には、規格化発光強度の最大変動量は低下しない。
【００５６】
本実施の形態の場合を例に採れば、膜厚比Ｎ＝（ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の膜厚２０ｎｍ）／［（ｐ型ＧａＮキャップ層１０８の膜厚２０ｎｍ）＋（ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層１０７の膜厚５００ｎｍ）］×１００％＝２０／（２０＋５００）×１００％＝３．８％となる。エッチング量の面内不均一性が膜厚比Ｎよりも小さい３％の場合では、面内不均一性が０％の場合と同じ最大変動量であることが、確かに図４に示されている。
【００５７】
しかし、エッチング量の面内不均一性が膜厚比Ｎよりも大きくなると、エッチング量の被エッチング面内における偏りがｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の膜厚Ｍよりも大きくなる。そのため、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の露出面積が低下する。これが、規格化発光強度の最大変動量の低下の原因と考えられる。
【００５８】
通常のエッチング装置では、絶対値で６％〜１０％（エッチング量の平均値から±３％〜±５％）程度の、エッチング量の面内不均一性が存在する。エッチング量の面内不均一性が絶対値６％のエッチング装置を用いて上記の半導体レーザ構造をエッチングする場合には、面内不均一性が０％の場合から最大変動量が減少しないためのｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の最小膜厚は、３１．２ｎｍ（＝６％×合計膜厚Ｌ＝６％×５２０ｎｍ）となる。ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の膜厚Ｍがこの最小膜厚よりも薄くなると、規格化発光強度の最大変動量は減少することになる。
【００５９】
また、本願発明者らは各種実験より経験的に、規格化発光強度の最大変動量が減少しない最小のｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の膜厚が存在することを導き出した。すなわち、エッチング量の面内不均一性をＤ％、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の膜厚Ｍと、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の表面からエッチング前の被エッチング面までの合計膜厚Ｌとの合計の膜厚をＥｎｍとすると、規格化発光強度の最大変動量が減少しない最小のｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の膜厚は、Ｄ／１００×Ｅ（ｎｍ）となる。
【００６０】
ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の膜厚Ｂを厚くすれば、膜厚比Ｎ≧（エッチング量の面内不均一性）という関係を満足することが可能である。しかし、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の膜厚Ｍを厚くすると、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００内における横方向の電流広がりが大きくなるため、レーザ活性層における電流密度が減少し、発振閾電流値の増加を引き起こす。そのため、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の膜厚Ｍは２０ｎｍ以下にすることが望ましい。
【００６１】
一方、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の膜厚Ｍを薄くしていくと、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００内における横方向の電流広がりは抑制されるものの、膜厚比Ｎ＜（エッチング量の面内不均一性）となり、規格化発光強度の最大変動量は低下してしまう。
【００６２】
本発明は、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の膜厚Ｍを薄くして、膜厚比Ｎ＜（エッチング量の面内不均一性）となる場合においても、規格化発光強度の最大変動量を低下させないプラズマ発光の検出方法とその条件について考察した結果に基づいてなされた。
【００６３】
＜ｃ．本発明における、エッチングマーカー層からキャップ層までの各層の合計膜厚の分布およびエッチング量の面内分布がともにある場合の規格化発光強度の変化について＞
上記ｂ．では、ｐ型ＡｌxＧａ1-xエッチングマーカー層２００からｐ型ＧａＮキャップ層１０８までの各層の合計膜厚（すなわち、ｐ型ＡｌxＧａ1-xエッチングマーカー層２００の膜厚とｐ型ＧａＮキャップ層１０８の膜厚とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７の膜厚との合計）の、ｐ型ＡｌxＧａ1-xエッチングマーカー層２００の表面上における分布が均一な半導体レーザ構造について説明した。ここでは、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００の表面上において、ｐ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングマーカー層２００、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８、およびｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７の各膜厚に分布が存在して不均一である場合であって、かつ、膜厚比Ｎ＜（エッチング量の面内不均一性）となる場合でも、規格化発光強度の最大変動量を低下させない方法とその条件とについて説明する。
【００６４】
なお、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚の不均一性を考慮するため、以下においては、膜厚比Ｎとは、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚のｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の表面上における平均値Ｌに対する、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の平均膜厚Ｍの割合と定義する（Ｎ＝Ｍ／Ｌ）。
【００６５】
さて、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚の不均一性を、エッチング量の面内不均一性に近づけると、膜厚比Ｎ＜（エッチング量の面内不均一性）の場合でも、規格化発光強度の最大変動量を低下させないようにすることが可能となる。
【００６６】
以下に、規格化発光強度の最大変動量が低下しない条件をさらに詳細に考察する。ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００表面の中心部（半導体基板１００の基板表面の中心部にも相当する）でエッチング量が大きく、かつｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００表面の周辺部（半導体基板１００の基板周辺部にも相当する）でエッチング量が小さい、凸型のエッチング量分布を持つエッチング装置と、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚が、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００表面の中心部で厚く、かつ周辺部で薄い、凸型の合計膜厚分布を持つ、エッチング前の半導体レーザ構造とを準備する。そして、このエッチング装置を用いて、この半導体レーザ構造にエッチングを行うことを想定する。
【００６７】
ここで、エッチング量の被エッチング面内における平均値をＡ（ｎｍ）、その面内不均一性をＢ（％）、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚の不均一性（ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の表面の各所における、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚の最大値、最小値および平均値を用いて、（最大値−最小値）／平均値×１００［％］と定義する）をＤ（％）とする。また、上述の通り、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚のｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の表面上における平均値をＬ、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の平均膜厚をＭ、とする。
【００６８】
従来において、膜厚比Ｎ＜（エッチング量の面内不均一性）の場合、つまり、Ｍ／Ｌ＜Ｂの場合には、規格化発光強度の最大値は低下していた。しかし、エッチング量の面内不均一性Ｂを、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚の不均一性Ｄによって補償することによって、規格化発光強度の最大値を低下させないことが可能となる。つまり、被エッチング面内でエッチング量の多い場所では、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚を厚くし、被エッチング面内でエッチング量の少ない場所ではその膜厚を薄くすれば良い。そうすれば、エッチング量の多い箇所では合計膜厚が大きいので、エッチング量の不均一性を打ち消す効果がある。
【００６９】
このように、被エッチング面内でエッチング量の多い場所ではｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚を厚くし、被エッチング面内でエッチング量の少ない場所ではその合計膜厚を薄くした場合、エッチング量の面内不均一性と、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚の不均一性との間には“正の相関がある”と定義する。
【００７０】
一方、被エッチング面内でエッチング量が多い場所ではｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚を薄くし、被エッチング面内でエッチング量が少ない場所ではその合計膜厚を厚くした場合、エッチング量の面内不均一性と、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚の不均一性との間には“負の相関がある”と定義する。
【００７１】
本発明では、エッチング量の面内不均一性Ｂと、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚の不均一性Ｄとの間に、正の相関を持たせることを特徴とする。そして、本願発明者らは各種実験より経験的に、両者間に正の相関が存在する場合であって、エッチング量の面内不均一性Ｂと合計膜厚の不均一性Ｄとが以下の関係を満たすとき、規格化発光強度の最大変動量は低下しないことを導き出した。
【００７２】
すなわち、膜厚比Ｎ＝Ｍ／Ｌ＞｜(Ｂ−Ｄ)｜（“｜”は絶対値記号を表す）の関係を満たすとき、規格化発光強度の最大変動量は低下しないことが判明している。また、エッチングマーカー層の膜厚を薄くするためには、必要条件Ｂ＞Ｍ／ＬよりＢ＞｜(Ｂ−Ｄ)｜（“｜”は絶対値記号を表す）、すなわち、Ｄは２Ｂ＞Ｄ＞０の関係式を満足する必要がある。
【００７３】
つまり、エッチング量の面内不均一性Ｂと、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚の不均一性Ｄとが正の相関を持ち、エッチング量の面内不均一性Ｂと合計膜厚の不均一性Ｄとが、２Ｂ＞Ｄ＞０の関係式、および、Ｍ／Ｌ＞｜(Ｂ−Ｄ)｜との関係式を同時に満たす場合、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の膜厚をより薄くでき、かつ、規格化発光強度の最大変動量を低下させずにプラズマ発光をモニターできるという、本願特有の効果が得られる。そして、上記条件を満足してエッチングを行う場合には、エッチング量の面内不均一性が存在する場合であっても、エッチング残し厚さの均一性が向上することになるのである。
【００７４】
次に、具体例を用いて本発明の効果を詳細に説明する。図５は、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００を採用した本発明の半導体レーザ構造を用い、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚の不均一性を０％から２１％まで変えた時の、Ａｌの規格化発光強度の最大変動量を示すグラフである。
【００７５】
図５において、エッチング量の面内不均一性と、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚の不均一性との間には、正の相関が得られている。また、エッチング量の面内不均一性は６％、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７の平均膜厚は５００ｎｍ、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８の平均膜厚は２０ｎｍ、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の平均膜厚は２０ｎｍであった。膜厚比Ｎは３．８％である。
【００７６】
図５では、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚の不均一性が３％から＋１０％の範囲では、規格化発光強度の最大変動量が低下せず、エッチング量の面内不均一性が０％の場合と同じ値が得られることがわかる。つまり、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚の不均一性を制御することによって、エッチング量の面内不均一性が膜厚比Ｎよりも大きい場合でも、エッチング量の面内不均一性が０％に相当する最大変動量を得ることができる。
【００７７】
また、言い換えると、エッチング量の面内不均一性が存在する場合でも、規格化発光強度の最大変動量を低下させずに、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の膜厚を薄くすることが可能となる。
【００７８】
なお、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚の不均一性が、エッチング量の面内不均一性と完全に一致することは要求されない。ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚の不均一性は、少なくともエッチング量の面内不均一性と膜厚比Ｎとの差だけ補償すればよい。
【００７９】
つまり、例えばエッチング量の面内不均一性が６％で膜厚比Ｎが３．８％の図５の場合には、ｐ型ＧａＮキャップ層１０８とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７との合計膜厚の不均一性を６％にしなくとも、最低限として２．２％（＝６％−３．８％）分を補償すれば、エッチング量の面内不均一性が０％の場合と同程度の規格化発光強度の最大変動量が得られる。
【００８０】
＜ｄ．エッチングの停止方法について＞
次に、本実施の形態におけるプラズマ発光を用いたエッチングの停止方法について説明する。
【００８１】
エッチング中は、Ａｌのプラズマ発光波長（たとえば３９６．２ｎｍ）の発光強度、および、Ｇａのプラズマ発光波長（たとえば４１７．２ｎｍ）の発光強度を観察する。そして、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００にエッチングが達したことに対応する発光強度の変化を検出した時点で、エッチングを停止させる。
【００８２】
Ａｌの発光強度およびＧａの発光強度は、エッチングが進行して、膜のＡｌ組成およびＧａ組成の異なる層が露出すると、変動しはじめる。被エッチング面がすべて同一組成になると、発光強度は変化しなくなり、一定の発光強度を示すようになる。すなわち、膜の組成の変化に対応した発光強度の変化をトリガーとしてエッチングを停止させる。
【００８３】
本実施の形態では、Ａｌのプラズマ発光強度変化の絶対値とＧａのプラズマ発光強度変化の絶対値との和を求めて、発光強度変化を捉える。このことにより、ＡｌまたはＧａいずれか一方だけの発光強度変化を測定してエッチングを停止させる場合に比較して、強度変化の少ない発光をも検出することが可能となる。
【００８４】
ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７をエッチングして、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００でエッチングを停止させる場合、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７のＡｌのプラズマ発光強度ＰａはＰａ＝αｙ、Ｇａのプラズマ発光強度ＰｂはＰｂ＝β（１−ｙ）となる。また、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００のＡｌのプラズマ発光強度ＰｃはＰｃ＝αｘ、Ｇａのプラズマ発光強度ＰｄはＰｄ＝β（１−ｘ）となる。ここでα、βは元素やプラズマ状態で決まる定数である。
【００８５】
ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層１０７からｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００にエッチングが進行した際の、Ａｌの発光強度変化は、αｙ−αｘ＝α（ｙ−ｘ）、Ｇａの発光強度変化はβ（１−ｙ）−β（１−ｘ）＝−β（ｙ−ｘ）となる。つまり、Ａｌ、Ｇａの発光強度変化の絶対値は、それぞれ（ｙ−ｘ）のα倍とβ倍となる。一方、ＡｌおよびＧａの発光強度変化の絶対値の和は、（ｙ−ｘ）の（α＋β）倍となり、ＡｌまたはＧａのどちらか一方だけの発光強度変化よりも大きい変化を得ることができる。
【００８６】
＜ｅ．半導体レーザ素子の具体的な製造方法について＞
以下は、上記にて述べた本願発明の原理の、窒化物系半導体レーザ素子の実際の製造への適用例である。
【００８７】
図６は、本実施の形態に係る窒化物系半導体レーザの製造方法の一工程を示す断面図であり、共振器の共振方向に対して垂直方向の断面図である。まず、半導体基板たる厚さ４００μｍのｎ型ＧａＮ基板１００を準備し、その表面をあらかじめサーマルクリーニングなどにより清浄化する。その後、基板１００の表面に有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により、例えば１０００℃の成長温度でｎ型ＧａＮバッファ層２０を成長させる。その後、同じくＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１、ｎ型ＧａＮ光ガイド層２２、およびアンドープトＩｎＧａＮ光ガイド層２３、アンドープトＩｎzＧａ1-zＮ／ＩｎwＧａ1-wＮ多重量子井戸活性層２４、アンドープトＩｎＧａＮ光導波層２５、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層２６、ｐ型ＧａＮ光ガイド層２７、膜厚１０ｎｍのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎエッチングマーカー層２００、膜厚５００ｎｍのｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２８、および、膜厚２０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層２９を順次、成膜する。
【００８８】
ここで、これらの層の成長温度はたとえばｎ型ＡｌＧａＮクラッド２１およびｎ型ＧａＮ光ガイド層２２は１０００℃、アンドープトＩｎＧａＮ光ガイド層２３からアンドープトＩｎＧａＮ光導波層２５までは７４０℃、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層２６からｐ型ＧａＮコンタクト層２９までは１０００℃とする。
【００８９】
なお、エッチングマーカー層２００として、低温成長が必要なＩｎＧａＮを用いていないため、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層２６からｐ型ＧａＮコンタクト層２９まで同一温度で成長させることが可能となり、成長中断を生じない。そのため、結晶欠陥の少ない高品質のｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２８およびｐ型ＧａＮコンタクト層２９を形成することができる。
【００９０】
次に、結晶成長が終了した基板全面にレジスト膜ＰＲを塗布し、リソグラフィによりリッジ構造に対応した所定形状のレジストパターンを形成する。なお、レジストパターンには、リッジ部のパターンＰＲａと周辺部のパターンＰＲｂとが含まれる。
【００９１】
次に、このレジスト膜ＰＲをマスクとして、ｐ型ＧａＮコンタクト層２９とｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２８とを、たとえばＲＩＥ(Reactive ion etching)法により、プラズマ発光を観察しながら、図７に示すようにエッチングを行う。すなわち、ｐ型ＧａＮコンタクト層２９およびｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２８は、あいまって被エッチング層となり、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎエッチングマーカー層２００の組成に対応したプラズマ発光強度の変化に応じて、ドライエッチングを停止する。このエッチングにより、光導波構造となるリッジ３０を作製する。このＲＩＥのエッチングガスとしては例えば塩素系ガスを用いる。
【００９２】
本実施の形態で用いたエッチング装置では、エッチング量の面内不均一性が６％である。そのため、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２８とｐ型ＧａＮコンタクト層２９との合計膜厚の不均一性は５％〜７％の範囲に制御した。また、合計膜厚の不均一性はエッチング量の面内不均一性と正の相関を持つ。
【００９３】
発光スペクトルに関しては、Ａｌのプラズマ発光波長とＧａのプラズマ発光波長の両方の発光強度を計測し、Ａｌのプラズマ発光強度の変化ΔＡとＧａのプラズマ発光強度の変化ΔＧの差を指標として、たとえば指標が最大値を示した時にエッチングを停止させた。エッチング後、ｐ型ＧａＮコンタクト層２９およびｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２８の一部は、エッチング深さがｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎエッチングマーカー層２００で規定された、メサ形状に加工された。
【００９４】
本実施の形態では、被エッチング面内のエッチング量は均一ではないが、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２８とｐ型ＧａＮコンタクト層２９との合計膜厚に分布を持たせたため、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎエッチングマーカー層２００内でエッチングを停止することができた。そのため、アンドープトＩｎzＧａ1-zＮ／ＩｎwＧａ1-wＮ多重量子井戸活性層２４の表面からｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎエッチングマーカー層２００中の被エッチング面までの距離たる、エッチング残し厚さは約１０ｎｍ均一と、良好な精度が得られた。
【００９５】
これは、エッチング残し厚さの均一性がエッチング量の面内不均一性、および、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２８とｐ型ＧａＮコンタクト層２９との合計膜厚の不均一性を組み合わせることによって向上できたことを示している。ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２８とｐ型ＧａＮコンタクト層２９との合計膜厚の分布を制御しない場合には、仮に合計膜厚の分布がゼロでも、エッチング量の分布により、約３０ｎｍのエッチング残し厚さの面内ばらつきが発生する。また、規格化発光強度の最大変動量は低下してしまい、発光の検出が困難となる。本実施の形態に係るエッチング方法によれば、規格化発光強度の最大変動量を低下させずに、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の膜厚を薄くでき、エッチング残し厚さの面内均一性を向上させることが可能である。
【００９６】
次に、マスクとして用いたレジストパターンを残したまま、再び基板全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより、図８に示すように、例えば厚さ０．２μｍの絶縁膜たるＳｉＯ2膜３１を形成する。そして、図９に示すように、レジスト除去と同時に、リッジ３０上のＳｉＯ2膜を除去する、いわゆるリフトオフを行う。
【００９７】
さらに、図１０に示すように、リソグラフィによりリッジ上部のみにレジストパターン３３を形成し、その後、基板全面に絶縁膜たるＳｉＯ2膜３２を形成する。そして、図１１に示すように、レジストパターン３３の除去と同時に、リッジ３０上のＳｉＯ2膜３２を除去する。これにより、リッジ３０上に開口部３２ａが形成される。
【００９８】
次に、図１２に示すように、ｐ型電極３４の形成を行う。このｐ型電極３４は、例えばＰｔおよびＡｕ膜を順次積層した構造となっている。図１１の基板表面の全面に、例えば真空蒸着法によりＰｔおよびＡｕ膜を順次形成した後、レジスト塗布およびリソグラフィおよび、ウエットエッチングあるいはドライエッチングにより、表面にｐ型電極３４のパターンを形成する。ｐ型電極３４は、リッジ３０上のｐ型ＧａＮコンタクト層２９と接触している。
【００９９】
次に、基板裏面を研削し、薄板化した後、ｎ型電極３５が形成される。このｎ型電極３５は、ＴｉおよびＡｌ膜を順次積層した構造となっている。基板裏面の全面に真空蒸着法により、ＴｉおよびＡｌ膜を順次形成する。その後、ｎ型電極３５をオーミック接触させるためのアロイ処理を行う。
【０１００】
この後、この基板を劈開などによりバー状に加工して共振器の両端面を形成し、更にこれらの共振器端面に端面コーティングを施した後、このバーを劈開などによりチップ化する。以上より、窒化物系半導体レーザが製造される。
【０１０１】
本実施の形態に記載の窒化物系半導体レーザでは、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の禁制帯幅を、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層２８の禁制帯幅よりも広くするために、エッチングマーカー層２００としてｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層（ｘ＞ｙ）を用いることとする。これにより、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の挿入による光損失は、ｐ型ＩｎxＧａ1-xＮエッチングマーカー層の場合よりも抑制されるため、従来よりも低い電流値で発振することが可能となる。つまり、発振閾電流値を低減することができる。
【０１０２】
さらに、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層２８とｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００とを同じ成長温度で結晶成長させることが可能となり、光損失を引き起こすｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層２８の結晶欠陥の発生が抑制される。その結果、発振閾電流値を低減することが可能となる。
【０１０３】
なお、本実施の形態では、ｐ型ＧａＮ光ガイド層２７とｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２８との間にｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎエッチングマーカー層２００を挿入したが、挿入位置によらず、本発明の効果であるエッチング残し膜厚の均一性の向上が得られることは発明の原理より明らかである。
【０１０４】
また、たとえばｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層２６をエッチングマーカー層として用いた場合には、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎエッチングマーカー層２００を挿入する必要がなくなる。そのため、エッチングマーカー層２００を追加する場合に比べ、基板抵抗を増加させることがなく、さらに電流の横方向広がりを増加させることがないという効果を有する。
【０１０５】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、被エッチング層たるｐ型ＧａＮコンタクト層２９およびｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層２８の被エッチング面内でエッチング量の多い場所では被エッチング層の膜厚を厚く、被エッチング層の被エッチング面内でエッチング量の少ない場所では被エッチング層の膜厚を薄く形成する。エッチング量の多い箇所では被エッチング層の膜厚が大きく、エッチング量の少ない箇所では被エッチング層の膜厚が小さいので、エッチング量の不均一性を打ち消す効果がある。そして、２Ｂ＞Ｄ＞０、および、Ｎ＝Ｍ／Ｌ＞｜(Ｂ−Ｄ)｜との関係式を同時に満たす。これにより、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎエッチングマーカー層２００の膜厚をより薄くでき、かつ、発光強度の最大変動量を低下させずにプラズマ発光をモニターできる。そして、エッチング量の面内不均一性が存在する場合であっても、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎエッチングマーカー層２００下の所定位置からｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎエッチングマーカー層２００中の被エッチング面までの距離たるエッチング残し厚さの均一性を向上させることができる。よって、素子特性を低下させることなく、エッチング深さを精密かつ容易に制御可能な、エッチングマーカー層を用いた半導体装置の製造方法が実現できる。
【０１０６】
また、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、エッチングマーカー層は、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００であり、被エッチング層は、エッチングマーカー層上に形成されたｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層２８（ｘ＞ｙ）を少なくとも有する。よって、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の禁制帯幅が、エッチングマーカー層２００上に形成されたｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層２８の禁制帯幅よりも広くなり、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００の挿入による光損失は、ｐ型ＩｎxＧａ1-xＮエッチングマーカー層の場合よりも抑制される。そのため、従来よりも低い電流値で発振することが可能となる。つまり、発振閾電流値を低減することができる。さらに、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層２００とｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層２８とを同じ成長温度で結晶成長させることが可能となり、光損失を引き起こすｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層２８の結晶欠陥の発生が抑制される。その結果、発振閾電流値を低減することが可能となる。
【０１０７】
本実施の形態に記載の、窒化物系III−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法を用いることによって、エッチング深さの制御性が容易であり、かつレーザ発振の閾電流値を低減させたIII−Ｖ族化合物半導体発光素子（半導体レーザ素子）を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】窒化物系III−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの製造途中の構造を示す図である。
【図２】エッチング時におけるＩｎの規格化発光強度をエッチング時間とともに示した図である。
【図３】被エッチング面内の各所におけるエッチング量の面内不均一性の値に応じてＩｎの規格化発光強度をエッチング時間に対してプロットした実験結果を示す図である。
【図４】ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層を採用した半導体レーザ構造についてエッチングしたときの、Ａｌの規格化発光強度の最大変動量を、エッチング量の面内不均一性に対してプロットしたグラフである。
【図５】ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮエッチングマーカー層を採用した半導体レーザ構造について、キャップ層とクラッド層との合計膜厚の不均一性を変えた時の、Ａｌの規格化発光強度の最大変動量を示すグラフである。
【図６】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図７】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図８】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図９】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図１０】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図１１】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図１２】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の一工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１００  半導体基板、１０１  ＧａＮ低温層、１０２  ｎ型ＧａＮバッファ層、１０３  ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、１０４ ｎ型ＧａＮ光ガイド、１０５  ＩｎＧａＮ歪量子井戸層、１０６ ｐ型ＧａＮ光ガイド層 、１０７  ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、１０８ ｐ型ＧａＮキャップ層、２００ ｐ型ＡｌＧａＮエッチングマーカー層、２０１  酸化膜層、２０  ｎ型ＧａＮバッファ層、２１  ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、２２  ｎ型ＧａＮ光ガイド層、２３  アンドープトＩｎＧａＮ光ガイド層、２４  アンドープトＩｎzＧａ1-zＮ／ＩｎwＧａ1-wＮ多重量子井戸活性層、２５  アンドープトＩｎＧａＮ光導波層、２６  ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層、２７  ｐ型ＧａＮ光ガイド層、２８  ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、２９  ｐ型ＧａＮコンタクト層、３０  リッジ、３１，３２  ＳｉＯ2膜、３４  ｐ型電極、３５  ｎ型電極。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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