(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子の製造方法において、
基板上に第１導電型の第１のクラッド層、活性層、第２導電型の第２のクラッド層を順次成長させる工程と、
上記第２のクラッド層にストライプ部を形成する工程と、
上記ストライプ部上にアモルファスの誘電体または絶縁体からなる第１のマスクを形成した状態で上記第２のクラッド層の全面に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる埋め込み層を有機金属化学気相成長法により無選択成長させる工程と、
上記埋め込み層上の全面にＳｉＯ2 膜またはＳｉＮ膜を形成し、上記ストライプ部の段差を反映して上記ＳｉＯ2 膜またはＳｉＮ膜の表面に形成される段差の上部を除いた部分に塗布膜を形成し、この塗布膜をマスクとして上記ＳｉＯ2 膜またはＳｉＮ膜を選択的にエッチングすることにより上記ストライプ部に対応する部分に開口を有する第２のマスクを形成し、上記埋め込み層を上記第１のマスクおよび上記第２のマスクを用いてケミカルエッチング法によりエッチングすることにより、上記ストライプ部上の上記埋め込み層を選択的に除去する工程とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
上記エッチングをエッチャントに水酸化カリウム溶液を用いて行うことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
上記埋め込み層はＡｌＧａＮからなることを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体発光素子の製造方法に関し、特に、埋め込みリッジ構造を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子の製造に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表される窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、緑色から青色、さらには紫外線の領域にわたる発光が可能な発光素子や高周波電子素子および耐環境電子素子などの材料として有望である。特に、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた発光ダイオードが実用化されて以来、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は大きな注目を集めている。また、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの実現も報告され、光ディスク装置の光源をはじめとした応用が期待されている。
【０００３】
ここで、従来のＧａＮ系半導体レーザについて説明する。この従来のＧａＮ系半導体レーザにおいては、ｃ面のサファイア基板上に低温成長による第１層目のＧａＮバッファ層を介して、第２層目のＧａＮバッファ層、ｎ型ＧａＮコンタクト層、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、活性層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層が順次積層されている。活性層は、例えばＧａＮ層を発光層とする単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有する。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の上層部およびｐ型ＧａＮコンタクト層は、一方向に延びる所定のリッジストライプ形状を有する。ｎ型ＧａＮコンタクト層の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、活性層およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の下層部は、リッジストライプ部の延在する方向と平行な方向に延在する所定のメサ形状を有する。ｐ型ＧａＮコンタクト層上にはＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極またはＮｉ／Ａｕ電極のようなｐ側電極がオーミックコンタクトして設けられ、一方、メサ部の近傍の部分のｎ型ＧａＮコンタクト層上にＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ電極のようなｎ側電極がオーミックコンタクトして設けられている。
【０００４】
上述のように構成されたこの従来のＧａＮ系半導体レーザにおいては、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の上層部およびｐ型ＧａＮコンタクト層がリッジストライプ形状にパターニングされていることによって電流通路が制限され、これによって動作電流の低減が図られていると共に、リッジストライプ部とその両側の部分との実効屈折率差を利用して横モードの制御が行われている。
【０００５】
上述のように構成されたこの従来のＧａＮ系半導体レーザは、次のようにして製造される。すなわち、ｃ面のサファイア基板上に、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により第１層目のＧａＮバッファ層を低温成長させる。引き続いて、ＭＯＣＶＤ法により、この第１層目のＧａＮバッファ層上に第２層目のＧａＮバッファ層、ｎ型ＧａＮコンタクト層、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、活性層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層およびｐ型ＧａＮコンタクト層を順次成長させる。
【０００６】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層上に一方向に延在する所定のストライプ形状のマスクを形成した後、このマスクを用いて反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によりｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の厚さ方向の途中の深さまでエッチングすることによりリッジストライプ部を形成する。この後、このマスクを除去する。次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層およびリッジストライプ部の両側の部分におけるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層上に、一方向に延在する所定のストライプ形状のマスクを形成した後、このマスクを用いてＲＩＥ法によりｎ型ＧａＮコンタクト層の厚さ方向の途中の深さまでエッチングすることにより溝を形成する。次に、このマスクを除去を除去した後、ｐ型ＧａＮコンタクト層上にｐ側電極を形成すると共に、ｎ型ＧａＮコンタクト層上にｎ側電極を形成する。
【０００７】
この後、上述のようにしてレーザ構造が形成されたサファイア基板をリッジストライプ部の延在する方向に垂直な方向に沿ってバー状に劈開したり、ドライエッチングしたりすることにより両共振器端面を形成する。次に、このバーをダイシングやスクライブなどにより分離してチップ化する。以上により、目的とするＧａＮ系半導体レーザが製造される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来のＧａＮ系半導体レーザにおいては、リッジストライプ部とその両側の部分との実効屈折率差を利用して横モード制御を行っているものの、埋め込みリッジ型のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザやＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザのように、リッジストライプ部の両側の部分に半導体層が埋め込まれた構造とはなっていない。このため、従来のＧａＮ系半導体レーザでは、横方向の屈折率制御が困難なために横モードの安定化を図ることが困難であり、また、熱放散性が低いために高出力化および長寿命化の実現が難しいという問題があった。また、リッジストライプ部による凹凸構造がそのまま残されているため、その上にコンタクトさせる電極に段切れが生じるなど信頼性を低下させるおそれがあった。このため、ＧａＮ系半導体レーザにおいても、リッジストライプ部の両側の部分に適切な材料を埋め込むことが切望されている。
【０００９】
したがって、この発明の目的は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子の横モードの安定化、高出力化および長寿命化を図ることができる半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子の製造方法において、
基板上に第１導電型の第１のクラッド層、活性層、第２導電型の第２のクラッド層を順次成長させる工程と、
第２のクラッド層にストライプ部を形成する工程と、
ストライプ部上にアモルファスの誘電体または絶縁体からなる第１のマスクを形成した状態で第２のクラッド層の全面に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる埋め込み層を無選択成長させる工程と、
埋め込み層上にストライプ部に対応する部分に開口を有する第２のマスクを形成し、埋め込み層を第１のマスクおよび第２のマスクを用いてケミカルエッチング法によりエッチングすることにより、ストライプ部上の埋め込み層を選択的に除去する工程とを有する
ことを特徴とするものである。
【００１２】
この発明においては、電流狭窄を良好に行う観点から、埋め込み層は典型的には第１導電型またはアンドープの層である。この発明において、横モード制御を良好に行う観点から、埋め込み層は典型的には第２のクラッド層より低屈折率の層であるが、場合によっては、この埋め込み層は活性層からの光に対して吸収作用のある層であってもよい。
【００１３】
この発明において、埋め込み層は典型的には窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、特に、横方向に屈折率差を生じさせることができ、かつ、Ａｌ組成を変化させることでその屈折率差を容易に制御することができることから、好適にはＡｌＧａＮからなる。
【００１４】
この発明において、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、ＢおよびＴｌからなる群より選ばれた少なくとも一種類のＩＩＩ族元素と、少なくともＮを含み、場合によってはさらにＡｓまたはＰを含むＶ族元素とからなる。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の具体例を挙げると、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどである。
【００１５】
この発明において、半導体発光素子は、典型的には、第１のクラッド層と基板との間に第１導電型の第１のコンタクト層を有し、第２のクラッド層上に第２導電型の第２のコンタクト層を有する。また、この発明において、半導体発光素子は、好適には、第１のクラッド層と活性層との間に第１の光導波層を有し、活性層と第２のクラッド層との間に第２の光導波層を有する。
【００１６】
この発明において、ストライプ部上に形成したマスクは、第２のクラッド層にストライプ部を形成する際にエッチングマスクとして用いたものである。このマスクの材料としては、典型的には誘電体または絶縁体、具体的には酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）または窒化シリコン（ＳｉＮ）が用いられる。なお、このマスクは、第２のクラッド層またはその上の第２導電型の第２のコンタクト層に電極をコンタクトさせる前に除去する。
【００１７】
この発明においては、ストライプ部上の埋め込み層を除去する際に、ストライプ部の両側の部分における埋め込み層の表面が損傷を受けるのを防止する観点から、好適には、埋め込み層上にストライプ部に対応する部分に開口を有する他のマスクを形成し、埋め込み層をストライプ部上に形成したマスクおよび埋め込み層上に形成した他のマスクをエッチング停止層として用いてエッチングすることにより、ストライプ部上の埋め込み層を選択的に除去する。
【００１８】
この発明においては、平坦性の良好な埋め込みを行う観点から、第２のクラッド層上に成長した埋め込み層とストライプ部上に形成したマスク上に成長した埋め込み層との結晶性の差異を利用して埋め込み層をエッチングすることにより、ストライプ部上の埋め込み層を選択的に除去する。このようなエッチングは、例えば、エッチャントに水酸化カリウム溶液を用いたケミカルエッチングにより行うことができる。このとき、水酸化カリウム溶液は所定の温度、例えば６０℃程度に加熱して用いることが好ましい。
【００１９】
この発明においては、埋め込み層上に塗布膜を形成し、塗布膜および埋め込み層をストライプ部上に形成されたマスクをエッチング停止層として用いてエッチバックすることにより、ストライプ部上の埋め込み層を除去するようにしてもよい。
【００２０】
上述のように構成されたこの発明によれば、ストライプ部上にマスクが形成された状態で第２のクラッド層上に埋め込み層を無選択成長させ、この埋め込み層をストライプ部上に形成されたマスクをエッチング停止層として用いてエッチングし、ストライプ部上に形成された埋め込み層を除去することにより、埋め込み層の材料として選択成長が困難な材料を用いつつも、ストライプ部の両側の部分に埋め込み層が埋め込まれた構造を再現性良く、かつ、安定的に形成することができる。これにより、埋め込み層の材料の選択の自由度が向上する。また、ストライプ部の両側の部分に埋め込み層が設けられていることにより、横方向の屈折率制御性および熱放散性が向上する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
【００２２】
まず、この発明の第１の実施形態について説明する。図１は、この第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザを示す。
【００２３】
図１に示すように、この第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、例えば、ｃ面のサファイア基板１上に低温成長によるＧａＮバッファ層２を介して、ＧａＮバッファ層３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、活性層６、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８が順次積層されている。活性層６は、例えばＧａＩｎＮ層を発光層とする単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有する。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７のＩＩＩ族元素の組成は例えばＡｌが８％、Ｇａが９２％である。
【００２４】
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７の上層部およびｐ型ＧａＮコンタクト層８は、一方向に延びる所定のリッジストライプ形状を有する。このリッジストライプ部の幅（ストライプ幅）は例えば４μｍである。このリッジストライプ部の両側の部分には、例えばアンドープのＡｌＧａＮ埋め込み層（電流狭窄層）９が埋め込まれ、これによって電流狭窄構造が形成されている。このＡｌＧａＮ埋め込み層９のＡｌ組成はｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７のＡｌ組成より大きく選ばれ、したがって、このＡｌＧａＮ埋め込み層９はｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７より低屈折率である。このＡｌＧａＮ埋め込み層９のＩＩＩ族元素の組成は例えばＡｌが１０％、Ｇａが９０％である。
【００２５】
ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、活性層６、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７の下層部およびＡｌＧａＮ埋め込み層９は所定のメサ形状を有する。ＡｌＧａＮ埋め込み層９、メサ部の両側面およびメサ部に隣接するｎ型ＧａＮコンタクト層４上には、例えばＳｉＯ2 膜のような保護膜（絶縁膜）１０が設けられている。この保護膜１０は、リッジストライプ部に対応する部分およびメサ部に隣接するｎ型ＧａＮコンタクト層４に対応する部分にそれぞれ開口１０ａ，１０ｂを有している。そして、保護膜１０の開口１０ａを通じてＮｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＮｉ／Ａｕからなるｐ側電極１１がｐ型ＧａＮコンタクト層８にオーミックコンタクトし、保護膜１０の開口１０ｂを通じてＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ側電極１２がｎ型ＧａＮコンタクト層４とオーミックコンタクトしている。
【００２６】
レーザ構造を形成する各窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の厚さの一例を挙げると、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の厚さは４．５μｍ、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５の厚さは１．３μｍ、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７のリッジストライプ部における厚さは０．９μｍ、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７のリッジストライプ部の両側の部分における厚さは０．３μｍ、ｐ型ＧａＮコンタクト層８の厚さは０．１μｍである。
【００２７】
ここで、このＧａＮ系半導体レーザにおいては、リッジストライプ部の両側の部分に設けられた埋め込み層が、選択成長が困難なＡｌＧａＮからなることが特徴である。このＡｌＧａＮ埋め込み層９は、後述のように、リッジストライプ部上にマスクを形成した状態で、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７上にＡｌＧａＮ層を無選択成長させ、このＡｌＧａＮ層をリッジストライプ部上のマスクをエッチング停止層として用いてエッチングすることにより、リッジストライプ部上のＡｌＧａＮ層を除去することにより形成されたものである。
【００２８】
上述のように構成されたこのＧａＮ系半導体レーザにおいては、リッジストライプ部の両側の部分に設けられたＡｌＧａＮ埋め込み層９が、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７より低屈折率であることにより、リッジストライプ部に対応する部分の屈折率が高く、その両側に対応する部分の屈折率が低いステップ状の屈折率分布が作り込まれ、その実効屈折率差を利用して横モードの制御が行われている。
【００２９】
次に、この第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法について説明する。
【００３０】
まず、図２に示すように、まず、ｃ面のサファイア基板１上に、ＭＯＣＶＤ法により例えば５６０℃の温度でＧａＮバッファ層２を低温成長させる。引き続いてＭＯＣＶＤ法により、このＧａＮバッファ層２上に、ＧａＮバッファ層３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、活性層６、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８を順次成長させる。ここで、Ｉｎを含まない層であるＧａＮバッファ層３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびｐ型ＧａＮコンタクト層８の成長温度は１０００℃程度とし、Ｉｎを含む層である活性層６の成長温度は、ＩｎＮの分解を抑えるために６００〜８００℃程度とする。
【００３１】
次に、図３に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上に、例えば蒸着法により厚さ４００ｎｍ程度のＳｉＯ2 膜２１（第１のマスク）を形成した後、例えばリソグラフィにより、このＳｉＯ2 膜２１上に所定のストライプ状のレジストパターン２２を形成する。
【００３２】
次に、図４に示すように、レジストパターン２２をマスクとして、例えばドライエッチング法によりＳｉＯ2 膜２１を選択的にエッチングする。このときのドライエッチングには、エッチングガスとして例えばＣＦ4 ガスを用いる。これにより、ＳｉＯ2 膜２１が一方向に延びる所定のストライプ形状にパターニングされる。この後、レジストパターン２２を除去する。
【００３３】
次に、図５に示すように、ストライプ形状のＳｉＯ2 膜２１をエッチングマスクとして用い、例えばＲＩＥ法などのドライエッチング法により、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７の厚さ方向の途中の深さまでエッチングする。このときのドライエッチングには、エッチングガスとして例えば塩素系ガスを用いる。これにより、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７の上層部およびｐ型ＧａＮコンタクト層８が一方向に延びる所定のリッジストライプ形状にパターニングされる。
【００３４】
次に、図６に示すように、リッジストライプ部最上層のｐ型ＧａＮコンタクト層８上にエッチングマスクとして用いたＳｉＯ2 膜２１を残したままの状態で、ＭＯＣＶＤ法により成長温度を例えば７２０℃として、リッジストライプ部の両側を埋めるようにアンドープのＡｌＧａＮ埋め込み層９を成長させる。このＡｌＧａＮ埋め込み層９は、リッジストライプ部の両側の部分におけるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７およびＳｉＯ2 膜２１上に無選択的に成長する。このとき、ＳｉＯ2 膜２１上には、このＳｉＯ2 膜２１がアモルファス状であることの影響を受け、ＡｌＧａＮ埋め込み層９が多結晶状に成長する。一方、リッジストライプ部の両側の部分におけるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７上に成長するＡｌＧａＮ埋め込み層９は、このｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７が単結晶状であることにより、ＳｉＯ2 膜２１上に成長するＡｌＧａＮ埋め込み層９より結晶性が良好である。この第１の実施形態においては、このようなＡｌＧａＮ埋め込み層９を、リッジストライプ部の両側に対応する部分（断面ａ）における厚さが例えば１μｍとなるように成長させる。このとき、リッジストライプ部に対応する部分（断面ｂ）におけるＡｌＧａＮ埋め込み層９の厚さは１．２μｍとなる。
【００３５】
次に、図７に示すように、ＡｌＧａＮ埋め込み層９上に、例えばＣＶＤ法により厚さ３００ｎｍ程度のＳｉＯ2 膜２３（第２のマスク）を形成する。なお、このＳｉＯ2 膜２３は、ＣＶＤ法に代えて蒸着法により形成してもよい。
【００３６】
次に、図８に示すように、全面に所定の厚さにレジスト膜２４を塗布する。ここでは、例えば、スピンコート法により平坦な基板上での膜厚が９００ｎｍになる条件でこのレジスト膜２４を塗布する。これにより、リッジストライプ部の両側に対応する部分（断面Ａ）においては、レジスト膜２４が厚さ９００ｎｍに形成され、リッジストライプ部に対応する部分（断面Ｂ）においては、レジスト膜２４が厚さ１５０ｎｍに形成される。
【００３７】
次に、図９に示すように、例えばドライエッチング法によりレジスト膜２４を例えば５００ｎｍ程度エッチングする。このドライエッチングにはエッチングガスとして例えば酸素ガスなどを用いる。これにより、リッジストライプ部に対応する部分のレジスト膜２４が除去され、この部分のみＳｉＯ2 膜２３の表面が露出した状態となる。
【００３８】
次に、図１０に示すように、レジスト膜２４をマスクとして、例えばドライエッチング法によりＳｉＯ2 膜２３を選択的にエッチングすることにより、このＳｉＯ2 膜２３のリッジストライプ部に対応する部分に開口２３ａを形成する。このドライエッチングはエッチングガスとして例えばＣＦ4 ガスを用いる。この後、アッシングにより基板上に残存するレジスト膜２４を除去する。
【００３９】
次に、図１１に示すように、ＡｌＧａＮ埋め込み層９上に形成されたＳｉＯ2 膜２３をエッチングマスクとして、例えばケミカルエッチング法により、ＳｉＯ2 膜２１の表面が露出するまで、開口２３ａ内のＡｌＧａＮ埋め込み層９を選択的にエッチングする。このエッチングは、例えば６０℃に加熱した水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液をエッチャントに用いて行う。このとき、リッジストライプ部上においてはＳｉＯ2 膜２１がエッチング停止層として機能する。また、このときのエッチングは、リッジストライプ部の両側の部分におけるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７上に成長したＡｌＧａＮ埋め込み層９と、ＳｉＯ2 膜２１上に成長したＡｌＧａＮ埋め込み層９との結晶性の差異に起因するエッチングの選択性を利用して行う。すなわち、上述のように、ＳｉＯ2 膜２１上に成長したＡｌＧａＮ埋め込み層９は多結晶状であるのに対して、リッジストライプ部の両側の部分におけるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７上に成長したＡｌＧａＮ埋め込み層９はそれよりも結晶性が良好である。この結晶性の差異が上述のエッチャントに対しエッチングレートの差を生み、結晶性の良好なＡｌＧａＮ埋め込み層９が露出した時点でエッチングは自動的に停止する。これにより、図１１に示すように、ＳｉＯ2 膜２３の開口２３ａの近傍にエッチング残りを生じさせることなく、リッジストライプ部上、すなわち、ＳｉＯ2 膜２１上のＡｌＧａＮ埋め込み層９を選択的に除去することができる。
【００４０】
次に、例えばフッ酸を用いてＳｉＯ2 膜２１およびＳｉＯ2 膜２３をエッチング除去することにより、ｐ型ＧａＮコンタクト層８およびＡｌＧａＮ埋め込み層９の表面を露出させる。次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層８およびＡｌＧａＮ埋め込み層９上に、リソグラフィにより一方向に延在するストライプ形状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、このレジストパターンをマスクとして、例えばＲＩＥ法などのドライエッチング法により、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の厚さ方向の途中の深さまでエッチングすることにより溝を形成する。このドライエッチングには、エッチングガスとして例えば塩素系ガスを用いる。この後、レジストパターンを除去する。これにより、図１２に示すように、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、活性層６、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７の下層部およびＡｌＧａＮ埋め込み層９が、リッジストライプ部の延在する方向と平行な方向に延在するメサ形状にパターニングされる。
【００４１】
次に、図１に示すように、保護膜１０として全面に例えば厚さ１００ｎｍ程度のＳｉＯ2 膜を形成した後、この保護膜１０のリッジストライプ部上の部分およびメサ部に隣接するｎ型ＧａＮコンタクト層４上の部分に、それぞれ開口１０ａ，１０ｂを形成する。次に、リフトオフの手法を用いて、保護膜１０の開口１０ａの部分におけるｐ型ＧａＮコンタクト層８およびＡｌＧａＮ埋め込み層９上にｐ側電極１１を形成すると共に、保護膜１０の開口１０ｂの部分におけるｎ型ＧａＮコンタクト層４上にｎ側電極１２を形成する。
【００４２】
この後、上述のようにしてレーザ構造が形成されたサファイア基板１をリッジストライプ部の延在する方向と垂直な方向に沿ってバー状に劈開したり、ドライエッチングしたりすることにより両共振器端面を形成する。さらに、このバーをダイシングやスクライブなどにより分離してチップ化する。以上により、目的とするＧａＮ系半導体レーザが製造される。
【００４３】
以上のように、この第１の実施形態によれば、リッジストライプ部上にＳｉＯ2 膜２１を形成した状態で、リッジストライプ部の両側を埋めるようにＡｌＧａＮ埋め込み層９を無選択成長させ、このＡｌＧａＮ埋め込み層９をＳｉＯ2 膜２１をエッチング停止層として用いてエッチングし、リッジストライプ部上のＡｌＧａＮ埋め込み層９を除去するようにしていることにより、埋め込み層の材料として選択成長が困難なＡｌＧａＮを用いつつも、リッジストライプ部最上層のｐ型ＧａＮコンタクト層８の頭出しを良好に行うことができるので、リッジストライプ部の両側の部分にこのＡｌＧａＮ埋め込み層９が埋め込まれた構造を再現性良く、かつ、安定的に形成することができる。また、このようにリッジストライプ部の両側の部分にＡｌＧａＮ埋め込み層９が設けられていることにより、その高い電流遮断効果によってしきい値電流および動作電流の低減を図ることができるのは勿論、横方向の屈折率の制御性および熱放散性が向上するという利点を得ることができる。これにより、ＧａＮ系半導体レーザの横モードの安定化、高出力化および長寿命化を実現することができる。
【００４４】
また、この第１の実施形態によれば、ＡｌＧａＮ埋め込み層９の組成を変化させることで横方向の屈折率差を制御することができるので、横モードの制御性が向上し、半導体レーザの設計の自由度が増すという利点を得ることもできる。
【００４５】
さらに、この第１の実施形態によれば、リッジストライプ部の両側の部分にＡｌＧａＮ埋め込み層９が埋め込まれることによって、リッジストライプ部による凹凸構造が平坦化されているため、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上に設けるｐ側電極１１の段切れを防止することができるという利点を得ることもできる。
【００４６】
次に、この発明の第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法においては、第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様の工程に従って、ＳｉＯ2 膜２３のリッジストライプ部に対応する部分に開口２３ａを形成する工程まで行う（図１０参照）。
【００４７】
次に、図１３に示すように、ＡｌＧａＮ埋め込み層９上に形成されたＳｉＯ2 膜２３をエッチングマスクとして、例えばＲＩＥ法などのドライエッチング法により、ＳｉＯ2 膜２１の表面が露出するまでリッジストライプ部上のＡｌＧａＮ埋め込み層９を選択的にエッチングする。このドライエッチングは、エッチングガスとして例えば塩素系ガスを用いる。このとき、リッジストライプ部上においては、ＳｉＯ2 膜２１がエッチング停止層として機能することにより、このＳｉＯ2 膜２１が露出した時点でエッチングは自動的に停止する。このドライエッチングの際のＳｉＯ2 に対するＡｌＧａＮのエッチングレート選択比は８程度である。
【００４８】
次に、例えばフッ酸を用いてＳｉＯ2 膜２１およびＳｉＯ2 膜２３をエッチング除去することにより、ｐ型ＧａＮコンタクト層８およびＡｌＧａＮ埋め込み層９の表面を露出させる。この後、必要に応じて、所定の平坦化技術によりＳｉＯ2 膜２３の開口２３ａの近傍のエッチング残り（バリ）を除去してＡｌＧａＮ埋め込み層９の表面を平坦化する。
【００４９】
以降、第１の実施形態におけるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様に工程を進めて、目的とするＧａＮ系半導体レーザを完成させる。その他のことは第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５０】
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００５１】
次に、この発明の第３の実施形態について説明する。この第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法においては、第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様の工程に従って、リッジストライプ部の両側を埋めるようにＡｌＧａＮ埋め込み層９を成長させる工程まで行う（図６参照）。
【００５２】
次に、図１４に示すように、全面に所定の厚さにレジスト膜３１を塗布する。このとき、表面がほぼ平坦となるように、このレジスト膜３１を十分に厚く形成する。ここでは、例えば、スピンコート法により平坦な基板上での膜厚が２μｍになる条件でこのレジスト膜３１を塗布する。
【００５３】
次に、図１５に示すように、例えばＲＩＥ法などのドライエッチング法により、リッジストライプ部上に形成されたＳｉＯ2 膜２１の表面が露出するまで、レジスト膜３１およびＡｌＧａＮ埋め込み層９を全面エッチバックする。このドライエッチングには、エッチングガスとして例えば塩素系ガスを用いる。また、このドライエッチングは、レジスト膜３１とＡｌＧａＮ埋め込み層９のエッチングレートがほぼ等しくなる条件で行う。このとき、リッジストライプ部上においては、ＳｉＯ2 膜２１がエッチング停止層として機能する。なお、このドライエッチグの際には、ＳｉＯ2 膜２１が露出した時点では、リッジストライプ部の両側の部分のにおけるＡｌＧａＮ埋め込み層９の表面がレジスト膜３１で覆われた状態となっていることが好ましく、そのためには、リッジストライプ部の両側の部分におけるＡｌＧａＮ埋め込み層９の表面がＳｉＯ2 膜２１の表面より低くなるように、ＡｌＧａＮ埋め込み層９の成長時に膜厚を制御することが好ましい。
【００５４】
次に、図１６に示すように、例えばアッシングにより基板上に残存するレジスト膜３１を除去する。次に、例えばフッ酸を用いてＳｉＯ2 膜２１をエッチング除去することにより、ｐ型ＧａＮコンタクト層８の表面を露出させる。この後、必要に応じて、所定の平坦化技術によりＡｌＧａＮ埋め込み層９の表面を平坦化する。
【００５５】
以降、第１の実施形態におけるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様に工程を進めて、目的とするＧａＮ系半導体レーザを完成させる。この第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法の場合、第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と比較して、ＡｌＧａＮ埋め込み層９上にＳｉＯ2 膜２３を形成する工程と、ＳｉＯ2 膜２３に開口２３ａを形成する工程とを省略することができる分だけ工程数が削減されている。その他のことは第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５６】
この第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００５７】
次に、この発明の第４の実施形態について説明する。この第４の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法においては、第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様の工程に従って、ストライプ形状のＳｉＯ2 膜２１をマスクとしてドライエッチングすることにより、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７の上層部およびｐ型ＧａＮコンタクト層８を一方向に延びる所定のリッジストライプ形状にパターニングする工程まで行う（図５参照）。
【００５８】
次に、図１７に示すように、リッジストライプ部最上層のｐ型ＧａＮコンタクト層８上にＳｉＯ2 膜２１を残したままの状態で、ＭＯＣＶＤ法により成長温度を例えば９９０℃として、リッジストライプ部の両側を埋めるようにアンドープのＡｌＧａＮ埋め込み層９を成長させる。この条件では、リッジストライプ部の両側の部分におけるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７上でのＡｌＧａＮ埋め込み層９の成長速度は、リッジストライプ部上に形成されたＳｉＯ2 膜２１上でのＡｌＧａＮ埋め込み層９の成長速度の約２倍となる。この第４の実施形態においては、このＡｌＧａＮ埋め込み層９を、例えば、リッジストライプ部の両側に対応する部分（断面ａ）における厚さが２μｍとなり、リッジストライプ部に対応する部分（断面ｂ）における厚さが１μｍとなるように成長させる。
【００５９】
次に、図１８に示すように、例えばＲＩＥ法などのドライエッチング法により、リッジストライプ部上に形成されたＳｉＯ2 膜２１の表面が露出するまでＡｌＧａＮ埋め込み層９を全面エッチバックする。このドライエッチングには、エッチングガスとして例えば塩素系ガスを用いる。このとき、リッジストライプ部上においては、ＳｉＯ2 膜２１がエッチング停止層として機能する。
【００６０】
次に、例えばフッ酸を用いてＳｉＯ2 膜２１をエッチング除去することによりｐ型ＧａＮコンタクト層８の表面を露出させる。この後、必要に応じて、所定の平坦化技術によりＡｌＧａＮ埋め込み層９の表面を平坦化する。
【００６１】
以降、第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様に工程を進めて、目的とするＧａＮ系半導体レーザを完成させる。この第４の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法の場合、第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と比較して、ＡｌＧａＮ埋め込み層９上にＳｉＯ2 膜２３を形成する工程と、ＳｉＯ2 膜２３に開口２３ａを形成する工程とを省略することができる分だけ工程数が削減されており、さらに、第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と比較しても、ＡｌＧａＮ埋め込み層９上にレジスト膜３１を形成する工程を省略することができる分だけ工程数が削減されている。その他のことは第１の実施形態と同様であるので、説明省略する。
【００６２】
この第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００６３】
以上この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００６４】
例えば、上述の第１〜第４の実施形態において挙げた数値、構造、材料、プロセスなどはあくまで例にすぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、構造、材料、プロセスなどを用いてもよい。
【００６５】
具体的には、上述の第１〜第４の実施形態においては、埋め込み層としてアンドープのＡｌＧａＮ埋め込み層９を用いているが、これは、アンドープのＡｌＧａＮ埋め込み層９に代えてｎ型ＡｌＧａＮ埋め込み層を用いてもよい。また、埋め込み層の材料としては、上述のＡｌＧａＮに代えて活性層からの光に対して吸収作用を有する材料、例えばＧａＩｎＮなどを用いてもよい。
【００６６】
また、上述の第１〜第４の実施形態におけるＳｉＯ2 膜２１に代えてＳｉＮ膜を用いてもよい。同様に、第１の実施形態におけるＳｉＯ2 膜２３に代えてＳｉＮ膜を用いてもよい。
【００６７】
また、上述の第１〜第４の実施形態においては、ＧａＮバッファ層３上にストライプ形状のＳｉＯ2 膜またはＳｉＮ膜を形成し、このＧａＮバッファ層３上にＳｉＯ2 膜またはＳｉＮ膜を成長マスクとしていわゆるＥＬＯＧ（epitaxial lateral over-growth ）法により横方向エピタキシャル成長されたＧａＮ層を形成するようにしてもよい。
【００６８】
また、上述の第１〜第４の実施形態においては、基板としてサファイア基板１を用いているが、これは、必要に応じて、このサファイア基板１に代えてスピネル基板、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板、ＧａＰ基板などを用いてもよいし、あるいは、これらの基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が成長された基板、これらの基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させた後、基板を研磨等で取り去り窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のみを持つ基板、ＧａＮ基板のような窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体そのものからなる基板などを用いてもよい。
【００６９】
また、上述の第１〜第４の実施形態においては、この発明をＤＨ（Double Heterostructure）構造のＧａＮ系半導体レーザに適用した場合について説明したが、この発明は、ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造のＧａＮ系半導体レーザは勿論、ＧａＮ系発光ダイオードに適用することも可能である。さらには、この発明において用いた埋め込み平坦化技術と同様の手法は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に設けられた凹部に、選択的に他の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を埋め込むようにした半導体装置の製造に適用することもできる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ストライプ部上にマスクが形成された状態で第２のクラッド層上に埋め込み層を無選択成長させ、この埋め込み層をストライプ部上に形成されたマスクをエッチング停止層として用いてエッチングし、ストライプ部上に形成された埋め込み層を除去するようにしていることにより、埋め込み層の材料として選択成長が困難な材料を用いつつも、ストライプ部の両側の部分に埋め込み層が埋め込まれた構造を再現性良く、かつ、安定的に形成することができる。これにより、埋め込み層の材料の選択の自由度が向上し、埋め込み層の材料として、横モードの制御性を図る上で最適なＡｌＧａＮを用いることが可能となる。また、ストライプ部の両側の部分に埋め込み層が設けられていることにより、横方向の屈折率制御性および熱放散性が向上するため、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子の横モードの安定化、高出力化および長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの断面図である。
【図２】  この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図３】  この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】  この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図５】  この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図６】  この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】  この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図８】  この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図９】  この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】  この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】  この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】  この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】  この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１４】  この発明の第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】  この発明の第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１６】  この発明の第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１７】  この発明の第４の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１８】  この発明の第４の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１・・・サファイア基板、４・・・ｎ型ＧａＮコンタクト層、５・・・ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、６・・・活性層、７・・・ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、８・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層、９・・・ＡｌＧａＮ埋め込み層、１１・・・ｐ側電極、１２・・・ｎ側電極、２１，２３・・・ＳｉＯ2 膜、２２・・・レジストパターン、２４，３１・・・レジスト膜
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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