(57)【要約】【課題】従来の空気層を持つ分散ブラッグ反射器では犠牲層と高屈折率層を成長した後に、犠牲層を除去する手法を用いているために、結晶成長、パターニング、乾式食刻、湿式食刻とプロセス回数が多い。【解決手段】空気より高い屈折率を持つ物質層と空気層を交互に積層された分散ブラッグ反射器において空気より高い屈折率を持つ物質層は基板と略平行な上端面と該上端面に連なる側面から構成される。この分散ブラッグ反射器は成長プロセス中の熱処理によって作製される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気層と、空気より高い屈折率を有する物質層とを交互に積層して形成される分散ブラッグ反射器であって、前記物質層は基板と平行に配置される上面と、該上面の端部から前記基板に向かって伸びる側面を有するように形成されることを特徴とする分散ブラッグ反射器。
【請求項２】
前記物質層は、
ＧａＮ、ＡｌＮ及びＩｎＮのうちのいずれか１つの化合物、或いは、ＧａＮ、ＡｌＮ及びＩｎＮのうち少なくとも二つを含む混晶である
ことを特徴とする請求項１に記載の分散ブラッグ反射器。
【請求項３】
基板上に、開口部が形成されているマスクパターンを作製する第１工程と、
前記開口部が形成されている領域に配置されるとともに、前記マスクパターンの表面より上方に突出する突出部を形成する第２工程と、
前記突出部上において、前記突出部の全体を覆うように、犠牲層と、空気より高い屈折率を有する物質層とを交互に積層する第３工程と、
前記犠牲層の分解温度より高く且つ前記物質層の分解温度より低い温度での結晶成長中の熱処理によって前記犠牲層を除去する第４工程とを有する
ことを特徴とする分散ブラッグ反射器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤおよびＬＤ等に用いられる分散ブラッグ反射器およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＬＤに使用される分散ブラッグ反射器は異なる屈折率を持つ誘電体を特定の波長をもった光が強め合うように積層することで、特定の波長に対して９５％以上の反射率を実現することが出来る。通常発光層と格子整合するような材料系で高反射率分散ブラッグ反射器を作製するためには３０〜４０対異種材料を積層するのが一般的である。
【０００３】
それに対し犠牲層と高屈折率を持つ半導体層を積層し、犠牲層の除去によって空気と高屈折率半導体の分散ブラッグ反射器を作ると５対の積層で非常に高い反射率の分散ブラッグ反射器を作製することが可能である。非特許文献１では、ＡｌＧａＮとＩｎＧａＮをＭＯＶＰＥ法で成長した後にドライエッチングでメサを作製し光化学電気エッチングを用いて、三層のＡｌＧａＮと空気の分散ブラッグ反射器を作製している。また、特許文献１は犠牲層と空気より高い屈折率を有する物質を積層後、ドライエッチングで積層した半導体層および犠牲層に穴をあけ、その後湿式食刻によって犠牲層を除去することで、空気と高い屈折率を有する物質を交互に積層した分散ブラッグ反射器である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開１１−９７７９６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】R. Sharma, E.D. Haberer, C. Meier, E.L. Hu, and S. Nakamura, Appl. Phys. Lett., 87, 051107 (2005)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記従来の空気層を持つ分散ブラッグ反射器では従来の犠牲層と高屈折率層を成長した後に、犠牲層を除去する手法を用いているために、結晶成長、パターニング、乾式食刻、湿式食刻とプロセス回数が多いという課題があった。また、犠牲層を除去した後にも、高屈折率層を支持するために、犠牲層の分解を途中で止める必要があるために、湿式食刻条件の詳細な調整が必要であった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来技術より簡便に分散ブラッグ反射器を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の分散ブラッグ反射器は、空気層と、空気より高い屈折率を持つ物質層とを交互に積層して形成される分散ブラッグ反射器であって、前記物質層は、基板と平行に配置される上面と、上面の端部から基板に向かって延びる側面を有するように形成されることを特徴とする。
【０００９】
これにより、空気より高い屈折率を持つ物質層は基板に接し自立しているために、別に支持部を設ける必要がなく、従来技術のような詳細な食刻条件の調整が必要ないために分散ブラッグ反射器の作製が容易である。
【００１０】
請求項２に係る発明の分散ブラッグ反射器は、請求項１に記載の分散ブラッグ反射器において、第２物質層が、ＧａＮ、ＡｌＮ及びＩｎＮのうちのいずれか１つの化合物、或いは、ＧａＮ、ＡｌＮ及びＩｎＮのうち少なくとも二つを含む混晶であることを特徴とする。
【００１１】
これにより、分散ブラッグ反射器作製後に発光層をそのまま成長することで、ＬＥＤやＬＤ等の光デバイスを作製可能である。
また請求項３に係る発明は、基板上に、開口部が形成されているマスクパターンを作製する第１工程と、開口部が形成されている領域に配置されるとともに、マスクパターンの表面より上方に突出する突出部を形成する第２工程と、突出部上において、突出部の全体を覆うように、犠牲層と、空気より高い屈折率を有する物質層とを交互に積層する第３工程と、犠牲層の分解温度より高く且つ物質層の分解温度より低い温度での結晶成長中の熱処理によって犠牲層を除去する第４工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
これにより、成長プロセス中に犠牲層を分解できる結果、プロセス工程が従来技術と比べて少なく、請求項１に記載の分散ブラッグ反射器を製造可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本第１実施形態における分散ブラッグ反射器の概略断面図である。
【図２】本実施形態における分散ブラッグ反射器の工程図である。
【図３】本実施形態における分散ブラッグ反射器の工程図である。
【図４】本第２実施形態における分散ブラッグ反射器の概略断面図である。
【図５】請求項３の第３工程まで行った試料と第４工程まで行った試料の相対反射率である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について、図１〜図３を参照して、一例をあげて説明する。
（第１実施形態）
図１の分散ブラッグ反射器は、Ｓｉ基板１上にＳｉＯ2やＳｉＮx等からなるマスク材料２で覆われた領域と覆われていないマスク開口部を有している。マスク材料２はフォトリソグラフィを用いてパターニングされており、パターンはＳｉ［１−１０］方向ならびにＳｉ［１１−２］方向のストライプパターンである。マスク開口部上にはＡｌＮ中間層３を有しており、その上に空気で構成される第一層４を有している。該第一層４の上部には、基板と略平行な上端面と該上端面に連なる側面からなるＡｌＮ層５と空気層６が交互に積層されている。
【００１５】
第一層４及び空気層６はＡｌＮ層５の分解温度より低い温度かつＧａＮの分解温度より高い温度での熱処理によって形成されるが、その際にＡｌＮ層５が基板と略平行な上端面と該上端面に連なる側面を持つことで、ＧａＮが分解した後も自立して存在することが可能である。
【００１６】
図１中では基板と上記のＡｌＮ層５の成す角度は、垂直である場合を示してあるが、このＡｌＮ層５側面と基板とのなす角度は，マスク開口部へのＧａＮの結晶成長の際の成長雰囲気および成長温度、基板上に作製したマスクパターン形状等によって制御が可能である。
【００１７】
基板にＳｉ基板を用い、ストライプマスクパターンを形成した場合では、ストライプ方向がＳｉ［１−１０］方向である場合には初期にマスク開口部上に成長したＧａＮ側面にはＧａＮ（１−１００）面が安定して存在することから、ＡｌＮ層５は（１−１００）面からなる側面を持ち、Ｓｉ［１１−２］方向である場合には成長条件によって異なるが、ＧａＮ側面はＧａＮ（１１−２２）面、あるいはＧａＮ（１１−２０）面が形成し、ＡｌＮ層５は（１１−２２）面、（１１−２０）面からなる側面を作製することが可能である。
【００１８】
また、上記のＡｌＮ層５と空気層６の上端面方向の膜厚は、設定波長λで最大の反射率が得られるようそれぞれλ／４ｎ(λは波長、ｎは屈折率)の厚さで交互に積層して形成されており、積層する層の数は２対以上で望みの反射率を考えて適切に調節すればいいが、通常３対以上積層されている。なお、図１中ではＡｌＮを４層、空気層を３層交互に積層した場合を示してある。
【００１９】
（第２実施形態）
第一層４は、マスク開口部に選択成長する材料が選択されうるが、この材料が熱処理によって分解される犠牲層１２（後述）の分解温度より高い材料、例えばＡｌＮ、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）の場合は、図４に示すように熱処理の後も分解せず、そのまま残っている。
【００２０】
前記に述べた第一層４が、熱処理によって分解される犠牲層１２（後述）の分解温度より高い材料の場合は、第一層４の上部には空気層６あるいは空気より高い屈折率を持つ物質層５のどちらがあってもよい。
【００２１】
（製造方法）
前記の分散ブラッグ反射器の製造方法は次のとおりである。以下、製造方法は第１実施形態を中心として説明する。
【００２２】
図２（ａ）で示すように、Ｓｉ基板１上にＳｉＯ2やＳｉＮx等からなるマスク材料からなるマスクパターン２を作製する。そののちに半導体結晶成長に一般的に用いられるＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法を用いてＡｌＮを中間層３に用いて図２（ｂ）の１１で示した部分のＧａＮの選択成長を行う。
【００２３】
上記の基板１としては、通常ＧａＮ１１の成長に用いられるＳｉやＡｌ2Ｏ3などが選びうるが、基板１上にＧａＮ１１が選択成長可能なものであればよい。
また、Ｓｉ基板を用いてＧａＮ１１の成長を行う場合には、ＡｌＮ中間層３を用いるが、他の基板を用いてマスク開口部にＧａＮ１１の成長を行う場合は、異なる中間層を用いてもよい。また、ＧａＮ１１を直接成長させる場合もあってもよい。
【００２４】
そののちに、ＧａＮ１１上部に、ＡｌＮ５とＧａＮ１２（以下、犠牲層１２ともいう）を交互に積層する。図３（ａ）はＡｌＮ５とＧａＮ１２を１対交互に積層した後の概略断面図であり、（ｂ）はＡｌＮ５を４層、ＧａＮ１２を３層積層した後の概略断面図である。
【００２５】
また、上記のＡｌＮ層５とＧａＮ１２の上端面方向の膜厚は、設定波長λで最大の反射率が得られるようＡｌＮに関してはλ／４ｎ(λは波長、ｎは屈折率)の厚さ、ＧａＮは分解して空気になることを考慮してλ／４(λは波長)の厚さで交互に積層して形成されており、積層する層の数は２対以上で望みの反射率を考えて適切に調節すればいいが、通常３対以上積層されている。
【００２６】
そののちに成長炉内の温度を１２００℃にし、水素とアンモニア雰囲気中で熱処理することにより、第一層のＧａＮ１１と犠牲層であるＧａＮ１２とが分解することにより図１に示す分散ブラッグ反射器を得る。
【００２７】
上記の熱処理温度と熱処理雰囲気は犠牲層と最終形態における空気より高い屈折率を有する物質層の材料によって適切に設定される。例えば、犠牲層にＧａＮ、空気より高い屈折率を有する物質層にＡｌＮを選択した場合には、水素雰囲気で、１１００℃以上の熱処理温度が適当である。
【００２８】
図５はＳｉ基板上において請求項３の第３工程まで行って取り出した試料と、第４工程まで行い最終形態である分散ブラッグ反射器を作製した試料の反射率の相対比である。図５の（ａ）はＳｉ基板上にＳｉ［１１−２］方向のストライプマスクパターンを用いた場合で、（ｂ）はＳｉ［１−１０］方向のストライプマスクパターンを用いた場合である。ＡｌＮ層５は設定波長４５０ｎｍに対してそれぞれλ／４ｎの厚みに設定されており、犠牲層であるＧａＮ１２に関しては最終形態で空気になることを考慮してλ／４の厚みに設定されている。第４工程を行うことによって反射波長４５０ｎｍで反射率のおよそ５倍から６倍程度の向上が見られた。これは、第４工程によって犠牲層であるＧａＮ１２が分解し、空気層６となることによって結晶成長プロセス中に、分散ブラッグ反射器が作製されたことを示している。
【００２９】
上記のプロセスは全て成長炉内で行われており、引き続いて、本発明の分散ブラッグ反射器上部に結晶成長によるＬＥＤ構造やＬＤ構造の作製が可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１…基板、２…マスク材料、３…中間層、４…第一層、５…ＡｌＮ層、６…空気層、１１…ＧａＮ、１２…犠牲層
【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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