(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ−面またはｍ−面を主面とするＧａＮ基板を準備するステップと、
前記ＧａＮ基板の主面全体をマスキングするステップと、
前記主面全体がマスキングされた状態で前記ＧａＮ基板をエッチング液に曝して、ａ−面またはｍ−面のうち前記主面として選択されない面に、結晶学的に一定の方向を有する結晶学的な表面を形成して表面の粗さを減少させるステップと、
を含む素子形成用基板の製造方法。
【請求項２】
前記エッチング液として、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いることを特徴とする請求項１に記載の素子形成用基板の製造方法。
【請求項３】
ａ−面またはｍ−面を主面とするＧａＮ層が形成されたＧａＮ基板を準備するステップと、
前記ＧａＮ層上に複数のレーザダイオード構造物を形成するステップと、
前記ＧａＮ基板を湿式エッチングして主面ではないａ−面またはｍ−面の結晶面に沿って溝の形態を有する切断基準線を形成するステップと、
前記切断基準線に沿って切断を行い、主面ではないａ−面またはｍ−面の結晶面と一致する半導体レーザダイオードの鏡面を形成するステップと、
を含む半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項４】
前記ａ−面またはｍ−面を主面とするＧａＮ基板を準備するステップは、
ｒ−面サファイア基板を準備するステップと、
前記ｒ−面サファイア基板上にａ−面またはｍ−面を主面とするＧａＮ層を形成するステップと、
を含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項５】
前記切断基準線を形成するステップは、
前記切断基準線を形成しようとする領域が露出するように、前記レーザダイオード構造物が形成された前記ＧａＮ基板上にマスクを配置するステップと、
湿式エッチングによって、前記マスクを介して露出した前記ＧａＮ基板をｃ−面＜０００１＞の結晶面に沿ってエッチングするステップと、
を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項６】
前記湿式エッチングに、水酸化カリウム（ＫＯＨ）エッチング液を用いることを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項７】
前記切断基準線は、前記ＧａＮ基板の厚さ方向に途中厚さまでエッチングを行って形成することを特徴とする請求項３から６のいずれか１つに記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項８】
前記ＧａＮ基板はサファイア基板上に形成され、前記切断基準線は、前記ＧａＮ基板の厚さ方向に全厚さにわたってエッチングを行って、前記サファイア基板が露出するように形成することを特徴とする請求項３から６のいずれか１つに記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法に関し、より詳しくは、素子形成用基板の製造方法およびこれを用いて結晶方向面と一致する鏡面（劈開面）を得ることができるようにした窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
側面発光（Ｅｄｇｅ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ）する構造の半導体レーザダイオードでは、活性層でキャリアの再結合によって生成された光が半導体レーザダイオードの側面に形成された鏡面によって共振してレイジングするようになる。
【０００３】
一般的に、鏡面としては基板とエピ層の単結晶劈開面（ｃｌｅａｖａｇｅ  ｆａｃｅｔ）が用いられるが、この時に形成される鏡面の粗さや角度などの特性は半導体レーザダイオードの閾値電流、信頼性などの重要な特性を左右する。
【０００４】
結晶面がエピ層の結晶面と一致する同種基板を用いるＧａＡｓ系、Ｓｉ系、ＩｎＰ系などの半導体レーザダイオードは、大抵の場合、エッジスクライビング（ｅｄｇｅ  ｓｃｒｉｂｉｎｇ）とブレイキング（ｂｒｅａｋｉｎｇ）を用いて、良質の自然劈開面を得ることができる。
【０００５】
しかし、結晶面がエピ層の結晶面と一致しない異種基板を用いる場合には、前述のような自然劈開面の形成が困難になり、特にサファイア基板の上部にＧａＮ系エピ層を積層した場合、サファイア基板とＧａＮ系エピ層の結晶面が３０゜ずれて成長し、一般的な方法では劈開面を形成することが難しい。
【０００６】
すなわち、結晶面と方向が一致しない鏡面の形成は、劈開面の粗さを増加させて素子の作動電流値を増加させる要因になり、鏡面形成工程の線引きと切断（Ｎｏｔｃｈ  ａｎｄ  ｃｌｅａｖｉｎｇ）工程の適用時に、劈開面がパターンの内側に掘り下がるという問題が発生して、収率の低下を招くことになる。
【０００７】
一方、従来の窒化物半導体レーザダイオードは、ＧａＮ基板のｃ−面上に形成されている。しかし、ＧａＮ結晶のｃ−面は、極性面として知られている。したがって、窒化物半導体レーザダイオードの場合、ｃ−面の極性によって生じる内部電場の影響で電子と正孔の結合確率が減少することがあり、その結果、レーザダイオードの発光効率が低くなる場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、レーザダイオードへのＧａＮ基板の極性の影響を回避するとともに、レーザダイオードの劈開面（鏡面）の粗さを減少させることのできる窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、極性の影響を回避するとともに、結晶学的な表面が得られる素子形成用基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は、ａ−面またはｍ−面を主面とするＧａＮ基板を準備するステップと、ＧａＮ基板の主面をマスキングするステップと、マスキングされたＧａＮ基板をエッチング液に曝して、結晶学的な表面を形成するステップと、を含む素子形成用基板の製造方法を提供する。
【００１１】
ＧａＮ層の湿式エッチングには、水酸化カリウム（ＫＯＨ）エッチング液を用いることが好ましい。
【００１２】
また、ａ−面またはｍ−面を主面とするＧａＮ層が形成されたＧａＮ基板を準備するステップと、ＧａＮ層上に複数のレーザダイオード構造物を形成するステップと、ＧａＮ基板をエッチングして主面ではないａ−面またはｍ−面の結晶面に沿って溝の形態を有する切断基準線を形成するステップと、切断基準線に沿って主面ではないａ−面またはｍ−面の結晶面と切断面が一致するように切断を行って、レーザダイオードの鏡面を形成するステップと、を含む半導体レーザダイオードの製造方法を提供する。
【００１３】
ａ−面またはｍ−面を主面とするＧａＮ層が形成された基板を準備するステップは、ｒ−面サファイア基板を準備するステップと、ｒ−面サファイア基板上にａ−面またはｍ−面を主面とするＧａＮ層を形成するステップとを含むことができる。
【００１４】
そして、切断基準線を形成するステップは、切断基準線を形成しようとする領域が露出するように、レーザダイオード構造物が形成された基板上にマスクを配置するステップと、湿式エッチングによって、マスクを介して露出した基板の断面（ｃ−面）を結晶面に沿ってエッチングするステップとを含むことができる。
【００１５】
この時、湿式エッチングには、水酸化カリウム（ＫＯＨ）エッチング液を用いることができる。
【００１６】
このように、本発明は、ａ−面またはｍ−面を主面として成長した窒化物系半導体レーザ構造物の劈開面形成時に、湿式エッチングによって切断基準線を形成することによって、主面ではないａ−面またはｍ−面の結晶面が劈開面になるようにして劈開面の粗さを減少させる。
【００１７】
すなわち、ａ−面またはｍ−面を主面として形成された窒化物系半導体層は、主面ではないａ−面またはｍ−面やｃ−面がその断面を形成するようになり、窒化物系半導体層（例えば、ＧａＮ）は湿式エッチングによってａ−面またはｍ−面はエッチングされるが、ｃ−面はエッチングされない。したがって、エッチング液に曝すと、ａ−面またはｍ−面がエッチングされて、主面ではないａ−面またはｍ−面やｃ−面の結晶面が自然に断面として現れるようになる。
【００１８】
したがって、本発明は、湿式エッチングのこのような特性を用いて、主面ではないａ−面またはｍ−面の結晶面を劈開面にし、その粗さを減少させるものである。
【００１９】
また、本発明は、ａ−面またはｍ−面を主面として形成したＧａＮ基板において、ｃ−面とａ−面（ｍ−面）との湿式エッチング速度の差を用いて、ＧａＮ基板をエッチングすることによって、ＧａＮ基板に結晶学的表面を形成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、窒化物半導体層のｃ−面を劈開面に形成することによって、その粗さを減少させ、作動電流を減らすことができる。
【００２１】
また、本発明によれば、劈開面形成時に、パターンがチップの内側に掘り下がることを防ぎ、劈開面（鏡面）の製造収率を向上させ、劈開面の粗さを減少させて光効率をより向上させることができる。
【００２２】
また、本発明によれば、結晶学的な表面を有するＧａＮ基板を製作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付する図面を参照して本発明に係る素子形成用基板の製造方法およびこれを用いた窒化物系半導体ダイオードの製造方法についてより詳しく説明する。
【００２４】
図１ａ〜図１ｅは、本発明に係る窒化物系半導体ダイオードの製造方法を示す工程度である。
【００２５】
まず、図１ａに示すように、ｒ−面サファイア基板１１０を準備した後、ｒ−面サファイア基板１１０上にＧａＮ基板１２０を形成する。この時、ｒ−面サファイア基板１１０上に形成されるＧａＮ基板１２０は、ａ面＜１１−２０＞またはｍ−面＜１−１００＞を主面として形成される。
【００２６】
すなわち、ａ−面＜１１−２０＞のＧａＮ基板１２０を形成した場合、その断面はそれぞれｍ−面＜１−１００＞とｃ−面＜０００１＞となり、ｍ−面＜１−２０＞のＧａＮ基板１２０を形成した場合、その断面はそれぞれａ−面＜１１−２０＞とｃ−面＜０００１＞になる。
【００２７】
このように、ｒ−面サファイア基板１１０上に非極性のａ−面＜１１−２０＞またはｍ−面＜１−１００＞のＧａＮ基板１２０を形成した後に、図１ｂに示すように、ＧａＮ基板１２０上にＧａＮ系半導体層が積層されて構成された複数の半導体レーザダイオード構造物１３０を形成する。
【００２８】
この時、半導体レーザダイオード構造物１３０はａ−面＜１１−２０＞またはｍ−面＜１−１００＞のＧａＮ基板１２０上に形成されるため、半導体レーザダイオード構造物１３０はＧａＮ基板１２０の結晶方向に沿って、ａ−面＜１１−２０＞またはｍ−面＜１−１００＞に成長する。
【００２９】
すなわち、ＧａＮ基板１２０がａ−面＜１１−２０＞である場合、半導体レーザダイオード構造物１３０はａ−面＜１１−２０＞を主面として形成され、ＧａＮ基板１２０がｍ−面＜１−１００＞である場合、半導体レーザダイオード構造物１３０はｍ−面＜１−１００＞を主面として形成される。
【００３０】
このように、半導体レーザダイオード構造物１３０は、非極性面（ａ面＜１１−２０＞またはｍ−面＜１−１００＞）にその結晶方向に沿って形成されるため、従来の内部電場の発生を防ぎ、発光効率をより向上させることができる。
【００３１】
すなわち、従来には極性のｃ−方向に従って成長したＧａＮ系半導体層を利用するため、強い圧電分極および自発的分極の存在によって、ｃ−方向に沿って内部電場（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄｓ）が発生し、これは電子およびホールを空間的に分離し、これによってキャリア再結合効率を制限し、赤色偏移発光を引き起こすという問題があった。
【００３２】
しかし、本発明では、結晶の非極性面（ａ面＜１１−２０＞またはｍ−面＜１−１００＞）に発光構造物を形成するため、自発的分極および圧電分極効果の発生を回避し、電子とホールの再結合効率を向上させて発光効率を向上させ、赤色偏移発光を防止することができる。
【００３３】
次に、図１ｃに示すように、半導体レーザダイオード構造物１３０が形成されたＧａＮ基板１２０上に半導体レーザダイオードの鏡面を形成しようとする方向と平行な方向に切断基準線１５０を形成する。
【００３４】
一方、切断基準線１５０を形成する前に、ラッピングおよびポリシング工程のような研磨工程を行い、半導体レーザダイオード構造物１３０が形成されていないサファイア基板１１０の裏面の厚さを減少させることも可能である。
【００３５】
切断基準線１５０は、ＧａＮ基板１２０の一部が除去された溝の形態で形成することができる。
【００３６】
図２ａおよび図２ｂは、本発明の切断基準線１５０を説明するために、図１ｃのＡ領域を拡大して示したものであり、図に示すように、切断基準線１５０は、ＧａＮ基板１２０の一部をエッチングして形成された溝の形態で形成されている。
【００３７】
この時、切断基準線１５０は、図２ａに示すように、ＧａＮ基板１２０の一部を残して形成するか、ＧａＮ基板１２０を完全に除去して、サファイア基板１１０が露出されるように形成することができる。
【００３８】
そして、切断基準線（溝）１５０が形成されて、露出されたＧａＮ基板１２０の劈開面１４０が鏡面になり、劈開面１４０はＧａＮ基板１２０の主面ではないａ−面またはｍ−面の結晶面と一致する。
【００３９】
このように、ＧａＮ基板１２０の主面ではないａ−面またはｍ−面の結晶方向と一致する劈開面１４０の形成については、以降でより詳しく説明する。
【００４０】
一方、図面上では、ＧａＮ基板１２０が除去されて、基準切断線１５０が形成されているが、実際には、切断基準線１５０が形成されるＧａＮ基板１２０上には半導体レーザダイオード構造物１３０を構成する種々のＧａＮ系半導体層が積層されている。
【００４１】
したがって、実際には、半導体レーザダイオード構造物１３０を形成するために積層した半導体層がエッチングされて切断基準線１５０が形成される場合もあり、基準切断線１５０に沿って基板を切断した時に、その切断した劈開面が鏡面になる。
【００４２】
しかし、半導体レーザダイオード構造物１３０がＧａＮ系半導体層で形成されるため、本発明では、説明の便宜のために半導体レーザダイオード構造物１３０を形成するために積層した半導体層を、ＧａＮ基板としてまとめて説明する。
【００４３】
引続き、本発明に係る切断基準線１５０の形成方法を説明すると、切断基準線１５０は、半導体発光レーザダイオード構造物１３０をマスキングした後、湿式エッチングによって形成することができる。
【００４４】
すなわち、切断基準線１５０を形成しようとする領域を露出させるマスクを準備した後、これを半導体発光レーザダイオード構造物１３０が形成されたＧａＮ基板１２０上に配置した後、湿式エッチングによって切断基準線１５０を形成することができる。
【００４５】
この時、ＧａＮ基板１２０のｃ−面はエッチング液にエッチングされず、ａ−面とｍ−面方向にのみエッチングが進むため、ａ−面とｍ−面方向にのエッチングが進行することによって、自然に、主面ではないａ−面またはｍ−面とｃ−面の結晶面に揃うようにエッチングが進められる。これによって、エッチングが完了した後には、ＧａＮ基板の断面がｃ−面の結晶面と一致するようになる。
【００４６】
図３ａおよび図３ｂによってＧａＮ基板がエッチングされる原理についてより詳しく説明する。
【００４７】
図３ａに示すように、ｃ−面とｍ−面を断面として、ａ−面を主面とするＧａＮ基板１２０上に、マスク１６０を配置した後、これをエッチング液に曝すと、ＧａＮ基板１２０は、ａ−面とｍ−面でエッチングされるが、ｃ−面ではエッチングされない。
【００４８】
したがって、ＧａＮ基板のａ−面の表面全体あるいは一定領域を保護した状態でエッチング液に曝せば、ｃ−面ではエッチングが進められず、ｍ−面のエッチングが進められるため、ｍ−面方向にエッチングが進められて行き、ＧａＮ基板１２０の主面ではないａ−面またはｍ−面の方向は結晶学的に一定の方向を有するようになる。
【００４９】
すなわち、ｃ−面の結晶方向から反れたＧａＮ基板領域１２０ａが全て除去され、エッチングが完了した後には、図３ｂに示すように、その断面（主面ではないａ−面またはｍ−面とｃ−面）に結晶学的な表面を有するＧａＮ基板１２０が形成される。
【００５０】
この時、エッチング液には、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いることができる。
【００５１】
一方、ｍ−面を主面として形成した場合にも、ＧａＮ基板のｍ−面をマスキングした後、これを水酸化カリウム（ＫＯＨ）エッチング液に曝せば、ａ−面方向にエッチングが進められ、ｃ−面方向にはエッチングが進められないために、図３ｂのように、主面ではないａ−面またはｍ−面とｃ−面が一定の結晶方向を有するＧａＮ基板を製作することができる。
【００５２】
上記のように、本発明は、ｃ−面とｍ−面（ａ−面）のエッチング速度の差を用いて、ｍ−面（ａ−面）とｃ−面の結晶面を劈開面に形成するのである。
【００５３】
図４ａおよび図４ｂはＧａＮ基板を水酸化カリウム（ＫＯＨ）エッチング液に曝す前とエッチング後の様子を示したＧａＮ基板のＳＥＭ写真で、エッチング後では、ａ−面とｍ−面へのエッチングのみ進められ、ｃ−面へのエッチングはなされずに、その断面（ａ−面、ｍ−面）が結晶学的な表面を有するため、その表面の粗さが減少していることが分かる。
【００５４】
図３ａ〜図３ｂのような湿式エッチング方式によって切断基準線１５０を形成した後には、図１ｄに示すように、切断基準線１５０に沿って、機械的な方法によって基板１１０，１２０を切断することにより、その劈開面に鏡面１４０を形成する。すなわち、基板の切断面がすぐ鏡面１４０を形成するようになり、これは主面ではないａ−面またはｍ−面の結晶方向と一致する結晶面を有するため、その表面の粗さがほぼないと言える。
【００５５】
次に、切断された半導体レーザダイオードの共振幅Ｌと同一の幅を有するように一定間隔ごとに半導体レーザダイオードを、鏡面１４０を形成しようとする方向と平行な方向に切断して、鏡面１４０を形成する。
【００５６】
一方、半導体レーザダイオード構造物１３０が形成されたＧａＮ基板１２０の最外郭に切断基準線１５０’を形成することも可能であり、この切断基準線１５０’から半導体レーザダイオードの共振幅Ｌだけ離れた位置で、ＧａＮ基板１２０を切断することができる。
【００５７】
続いて、図１ｅに示すように、半導体レーザダイオードを鏡面１４０の方向と垂直方向に切断する工程を行い、それぞれ別個の半導体レーザダイオード１００ａ〜１００ｅを形成する。
【００５８】
上記のように本発明は、ａ−面またはｍ−面を主面として形成されたＧａＮ基板を用いた半導体レーザダイオードの製造方法において、ｃ−面とａ−面（ｍ−面）の湿式エッチング速度の差を利用し、主面ではないａ−面またはｍ−面の結晶面を劈開面にすることによって、劈開面によって形成される半導体レーザダイオードの鏡面の粗さを減少させる。
【００５９】
このように、鏡面の粗さを減少させることによって、光抽出面の収率の向上、作動電流の減少および光効率の向上を図ることができる。
【００６０】
また、本発明は、非極性面に発光素子（レーザダイオード）を形成するため、従来の内部電場の発生に伴う問題を解決し、発光効率をより向上させることができる。
【００６１】
本発明の基本概念は、先に説明したように、ａ−面またはｍ−面を主面として形成されたＧａＮ基板の湿式エッチングによって主面ではないａ−面またはｍ−面とｃ−面の結晶面と一致する基準線を形成するもので、この基準線は半導体レーザダイオードの鏡面形成にのみ適用されるものではなく、結晶学的な表面を有するＧａＮ基板を形成することができる。
【００６２】
すなわち、ａ−面またはｍ−面を主面とするＧａＮ基板において、その主面をマスキングした後、これをエッチング液に曝すことによって、結晶学的な表面を有する基板を製作できる。
【００６３】
このように、結晶学的表面を有するＧａＮ基板は、素子製造時に素子パターンを正確な結晶学的方向に合わせて作ることができるために高品質の劈開面が得られ、作動電流値を減少させることができ、微細な間隔の素子と素子の間を切開して劈開面を形成する場合に正確な位置に切開線を形成することができ、素子全体の収率を向上させることができるという利点を生じる。
【００６４】
本発明の権利範囲はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形および改良形態もまた、本発明の権利範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１ａ】本発明に係る半導体レーザダイオードの製造方法における工程を示す図である。
【図１ｂ】本発明に係る半導体レーザダイオードの製造方法における工程を示す図である。
【図１ｃ】本発明に係る半導体レーザダイオードの製造方法における工程を示す図である。
【図１ｄ】本発明に係る半導体レーザダイオードの製造方法における工程を示す図である。
【図１ｅ】本発明に係る半導体レーザダイオードの製造方法における工程を示す図である。
【図２ａ】図１ｃのＡ領域（切断基準線）を拡大して示した図である。
【図２ｂ】図１ｃのＡ領域（切断基準線）を拡大して示した図である。
【図３ａ】本発明に係るＧａＮ基板のエッチング原理を説明した図である。
【図３ｂ】本発明に係るＧａＮ基板のエッチング原理を説明した図である。
【図４ａ】ＧａＮ基板の湿式エッチング前の様子を示したＳＥＭ写真である。
【図４ｂ】ＧａＮ基板の湿式エッチング後の様子を示したＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００６６】
１００ａ〜１００ｅ      半導体レーザダイオード
１１０      ｒ−面サファイア基板
１２０      ａ−面またはｍ−面を主面とするＧａＮ基板
１３０      半導体レーザダイオード構造物
１４０      鏡面（劈開面）
１５０      切断基準線
１６０      マスク
【図１ａ】
0004890484.tif 000002
【図１ｂ】
0004890484.tif 000003
【図１ｃ】
0004890484.tif 000004
【図１ｄ】
0004890484.tif 000005
【図１ｅ】
0004890484.tif 000006
【図２ａ】
0004890484.tif 000007
【図２ｂ】
0004890484.tif 000008
【図３ａ】
0004890484.tif 000009
【図３ｂ】
0004890484.tif 000010
【図４ａ】
0004890484.tif 000011
【図４ｂ】
0004890484.tif 000012