JP2001308462A - 窒化物半導体素子の製造方法 - Google Patents
窒化物半導体素子の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 転位密度などの欠陥を低減させると同時に、
駆動電流や駆動電圧を低減させたＧａＮ系半導体レーザ
を提供する。 【解決手段】 ｎ型ＳｉＣ基板上にｎ型ＧａＮ層を堆積
した後、該ｎ型ＧａＮ層を基板に達するまでリッジ状に
加工し、少なくともリッジ側面をＴｉＮ／ＳｉＮｘで被
覆し、しかる後にＧａＮ系半導体レーザを作製する。レ
ーザのストライプ状電流注入流域をリセス部の上部に設
けることで、転位等の欠陥の影響のないデバイスを得る
ことができ、また、直列抵抗を低減でき、さらに異方的
な歪みを活性層に加えることができるために光学利得を
増大させることが可能となって著しくしきい値電流を低
減させることが可能となり、ＧａＮ系青紫色半導体レー
ザの特性を向上させることができる。
駆動電流や駆動電圧を低減させたＧａＮ系半導体レーザ
を提供する。 【解決手段】 ｎ型ＳｉＣ基板上にｎ型ＧａＮ層を堆積
した後、該ｎ型ＧａＮ層を基板に達するまでリッジ状に
加工し、少なくともリッジ側面をＴｉＮ／ＳｉＮｘで被
覆し、しかる後にＧａＮ系半導体レーザを作製する。レ
ーザのストライプ状電流注入流域をリセス部の上部に設
けることで、転位等の欠陥の影響のないデバイスを得る
ことができ、また、直列抵抗を低減でき、さらに異方的
な歪みを活性層に加えることができるために光学利得を
増大させることが可能となって著しくしきい値電流を低
減させることが可能となり、ＧａＮ系青紫色半導体レー
ザの特性を向上させることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光情報処理分野など
への応用が期待されている半導体レーザなどのＧａＮ系
半導体発光素子および製造方法に関するものである。
への応用が期待されている半導体レーザなどのＧａＮ系
半導体発光素子および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】V族元素に窒素（Ｎ）を有する窒化物半
導体は、そのバンドギャップの大きさから、短波長発光
素子の材料として有望視されている。中でも窒化ガリウ
ム系化合物半導体（ＧａＮ系半導体：ＡｌxＧａyＩｎz
Ｎ（０≦ｘ, ｙ, ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１））は研究が
盛んに行われ、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）、緑色Ｌ
ＥＤが実用化されている。また、光ディスク装置の大容
量化のために、４００ｎｍ帯に発振波長を有する半導体
レーザが熱望されており、ＧａＮ系半導体を材料とする
半導体レーザが注目され現在では実用レベルに達しつつ
ある。
導体は、そのバンドギャップの大きさから、短波長発光
素子の材料として有望視されている。中でも窒化ガリウ
ム系化合物半導体（ＧａＮ系半導体：ＡｌxＧａyＩｎz
Ｎ（０≦ｘ, ｙ, ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１））は研究が
盛んに行われ、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）、緑色Ｌ
ＥＤが実用化されている。また、光ディスク装置の大容
量化のために、４００ｎｍ帯に発振波長を有する半導体
レーザが熱望されており、ＧａＮ系半導体を材料とする
半導体レーザが注目され現在では実用レベルに達しつつ
ある。
【０００３】図９はレーザ発振が達成されているＧａＮ
系半導体レーザの構造断面図である。サファイア基板９
０１上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）によりＧ
ａＮバッファー層９０２、n-ＧａＮ層９０３、ｎ−Ａｌ
ＧａＮクラッド層９０４、ｎ−ＧａＮ光ガイド層９０
５、Ｇａ1-xＩｎxＮ/Ｇａ1-yＩｎyＮ （０＜ｙ＜ｘ＜
１）から成る多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層９０６、ｐ
−ＧａＮ光ガイド層９０７、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
９０８、ｐ−ＧａＮコンタクト層９０９が成長される。
そしてｐ−ＧａＮコンタクト層９０９上に幅３から１０
ミクロン程度の幅のリッジストライプが形成され、その
両側はＳｉＯ2９１１によって埋め込まれる。その後リ
ッジストライプおよびＳｉＯ2９１１上に例えばＮｉ／
Ａｕから成るｐ電極９１０、また一部をｎ−ＧａＮ層９
０３が露出するまでエッチングした表面に例えばＴｉ／
Ａｌから成るｎ電極９１２が形成される。本素子におい
てｎ電極９１２を接地し、ｐ電極９１０に電圧を印加す
ると、ＭＱＷ活性層９０６にキャリアが注入され、前記
ＭＱＷ活性層９０６内で利得を生じ、発振波長４００ｎ
ｍ帯のレーザ発振を起こす。ＭＱＷ活性層９０６の材料
であるＧａ1-xＩｎxＮ/Ｇａ1-yＩｎyＮ薄膜の組成や膜
厚によって発振波長は変化する。
系半導体レーザの構造断面図である。サファイア基板９
０１上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）によりＧ
ａＮバッファー層９０２、n-ＧａＮ層９０３、ｎ−Ａｌ
ＧａＮクラッド層９０４、ｎ−ＧａＮ光ガイド層９０
５、Ｇａ1-xＩｎxＮ/Ｇａ1-yＩｎyＮ （０＜ｙ＜ｘ＜
１）から成る多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層９０６、ｐ
−ＧａＮ光ガイド層９０７、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
９０８、ｐ−ＧａＮコンタクト層９０９が成長される。
そしてｐ−ＧａＮコンタクト層９０９上に幅３から１０
ミクロン程度の幅のリッジストライプが形成され、その
両側はＳｉＯ2９１１によって埋め込まれる。その後リ
ッジストライプおよびＳｉＯ2９１１上に例えばＮｉ／
Ａｕから成るｐ電極９１０、また一部をｎ−ＧａＮ層９
０３が露出するまでエッチングした表面に例えばＴｉ／
Ａｌから成るｎ電極９１２が形成される。本素子におい
てｎ電極９１２を接地し、ｐ電極９１０に電圧を印加す
ると、ＭＱＷ活性層９０６にキャリアが注入され、前記
ＭＱＷ活性層９０６内で利得を生じ、発振波長４００ｎ
ｍ帯のレーザ発振を起こす。ＭＱＷ活性層９０６の材料
であるＧａ1-xＩｎxＮ/Ｇａ1-yＩｎyＮ薄膜の組成や膜
厚によって発振波長は変化する。
【０００４】このレーザはリッジストライプの幅と高さ
を制御することによって、水平方向の横モードにおいて
基本モードでレーザ発振するような工夫が成される。す
なわち、基本横モードと高次モード（１次以上のモー
ド）の光閉じ込め係数に差を設けることで、基本横モー
ドでの発振を可能としている。
を制御することによって、水平方向の横モードにおいて
基本モードでレーザ発振するような工夫が成される。す
なわち、基本横モードと高次モード（１次以上のモー
ド）の光閉じ込め係数に差を設けることで、基本横モー
ドでの発振を可能としている。
【０００５】ＧａＮ系結晶の基板には、サファイア、Ｓ
ｉＣ、Ｓｉなどが用いられるが、いずれの基板もＧａＮ
と格子整合せず、コヒーレント成長を得ることが難し
い。その結果、転位（刃状転位、らせん転位、混合転
位）が多く、例えばサファイア基板やＳｉＣ基板を用い
た場合、約１×１０9ｃｍ-2の転位が存在する。その結
果、半導体レーザのしきい値電流の増大や信頼性の低下
を引き起こす。
ｉＣ、Ｓｉなどが用いられるが、いずれの基板もＧａＮ
と格子整合せず、コヒーレント成長を得ることが難し
い。その結果、転位（刃状転位、らせん転位、混合転
位）が多く、例えばサファイア基板やＳｉＣ基板を用い
た場合、約１×１０9ｃｍ-2の転位が存在する。その結
果、半導体レーザのしきい値電流の増大や信頼性の低下
を引き起こす。
【０００６】転位密度低減の方法として選択横方向成長
（ＥＬＯ）が提案されている。これは格子不整合が大き
い系において、貫通転位を低減させる方法として有効で
ある。
（ＥＬＯ）が提案されている。これは格子不整合が大き
い系において、貫通転位を低減させる方法として有効で
ある。
【０００７】図７はＥＬＯによって形成したＧａＮ結晶
の転位の分布を模式的に表したものである。まず、サフ
ァイア基板７０１上にＭＯＶＰＥ法などによりＧａＮ結
晶７０２を堆積する。ＳｉＯ2７０３をＣＶＤなどで堆
積した後、フォトリソグラフィーとエッチングによって
ストライプ状にＳｉＯ2７０３を加工する。ＧａＮ７０
２の露出した部分を種結晶として選択成長によってＧａ
Ｎ層７０４を堆積する。成長方法としてＭＯＶＰＥ法や
ＨＶＰＥ法を用いる。種結晶の上部は約１×１０9ｃｍ
-2と転位の多い領域７０６が存在するが、横方向成長し
た部分は転位密度が１×１０7ｃｍ-2程度まで低減でき
ている。
の転位の分布を模式的に表したものである。まず、サフ
ァイア基板７０１上にＭＯＶＰＥ法などによりＧａＮ結
晶７０２を堆積する。ＳｉＯ2７０３をＣＶＤなどで堆
積した後、フォトリソグラフィーとエッチングによって
ストライプ状にＳｉＯ2７０３を加工する。ＧａＮ７０
２の露出した部分を種結晶として選択成長によってＧａ
Ｎ層７０４を堆積する。成長方法としてＭＯＶＰＥ法や
ＨＶＰＥ法を用いる。種結晶の上部は約１×１０9ｃｍ
-2と転位の多い領域７０６が存在するが、横方向成長し
た部分は転位密度が１×１０7ｃｍ-2程度まで低減でき
ている。
【０００８】この転位の少ない領域７０５の上部に活性
領域、つまり電流注入領域を形成することで信頼性を向
上させようとしている。
領域、つまり電流注入領域を形成することで信頼性を向
上させようとしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この方法で
は選択成長用マスクＳｉＯ2７０３上に多結晶が堆積す
ることで、結晶性の悪い領域が部分的に生じ、歩留まり
や生産性を低下させる恐れが生じる。
は選択成長用マスクＳｉＯ2７０３上に多結晶が堆積す
ることで、結晶性の悪い領域が部分的に生じ、歩留まり
や生産性を低下させる恐れが生じる。
【００１０】また、ｐおよびｎ電極を同一面上に形成す
る必要があるため、レーザ作製の際の工程数が増えると
いう欠点もある。
る必要があるため、レーザ作製の際の工程数が増えると
いう欠点もある。
【００１１】本発明は上記の事情を鑑みてなされたもの
であり、信頼性の高い窒化物半導体素子を歩留まり良く
作製する方法を提供するものである。特に光ディスク用
青紫色半導体レーザへの応用において効果的である。
であり、信頼性の高い窒化物半導体素子を歩留まり良く
作製する方法を提供するものである。特に光ディスク用
青紫色半導体レーザへの応用において効果的である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明のＧａＮ系半導体
の製造方法は、導電性の基板上にＡｌuＧａvＩｎwＮ（u
＋v＋w＝１）を堆積する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮを
凹状に基板に達するまでエッチングしてリッジを形成す
る工程と、少なくともリッジの側面を高融点の導電性膜
で被覆する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮの導電性膜で被
覆されていない領域のＣ面を種結晶としてＡｌxＧａyＩ
ｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）結晶を成長させる工程とを有
している。
の製造方法は、導電性の基板上にＡｌuＧａvＩｎwＮ（u
＋v＋w＝１）を堆積する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮを
凹状に基板に達するまでエッチングしてリッジを形成す
る工程と、少なくともリッジの側面を高融点の導電性膜
で被覆する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮの導電性膜で被
覆されていない領域のＣ面を種結晶としてＡｌxＧａyＩ
ｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）結晶を成長させる工程とを有
している。
【００１３】本発明のＧａＮ系半導体の製造方法は、導
電性の基板上にＡｌuＧａvＩｎwＮ（u＋v＋w＝１）を堆
積する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮを凹状に基板に達す
るまでエッチングしてリッジを形成する工程と、エッチ
ング底面とリッジの側面を高融点の導電性膜で被覆する
工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮの導電性膜で被覆されてい
ない領域のＣ面を種結晶として第一のクラッド層、活性
層、第二のクラッド層を積層する工程と、導電性膜の上
部の活性層にキャリアが注入されるように電流狭窄構造
を形成する工程とを有している。
電性の基板上にＡｌuＧａvＩｎwＮ（u＋v＋w＝１）を堆
積する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮを凹状に基板に達す
るまでエッチングしてリッジを形成する工程と、エッチ
ング底面とリッジの側面を高融点の導電性膜で被覆する
工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮの導電性膜で被覆されてい
ない領域のＣ面を種結晶として第一のクラッド層、活性
層、第二のクラッド層を積層する工程と、導電性膜の上
部の活性層にキャリアが注入されるように電流狭窄構造
を形成する工程とを有している。
【００１４】本発明のＧａＮ系半導体の製造方法は、導
電性の基板上にＡｌuＧａvＩｎwＮ（u＋v＋w＝１）を堆
積する工程と、レジストをマスクとしてＡｌuＧａvＩｎ
wＮを凹状に基板に達するまでエッチングしてリッジを
形成する工程と、高融点の導電性膜を堆積する工程と、
リフトオフによってレジストおよびレジスト上の導電性
膜を除去する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮの表面に露出
した部分を種結晶としてさらにＧａＮ系結晶を再成長さ
せる工程とを有している。
電性の基板上にＡｌuＧａvＩｎwＮ（u＋v＋w＝１）を堆
積する工程と、レジストをマスクとしてＡｌuＧａvＩｎ
wＮを凹状に基板に達するまでエッチングしてリッジを
形成する工程と、高融点の導電性膜を堆積する工程と、
リフトオフによってレジストおよびレジスト上の導電性
膜を除去する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮの表面に露出
した部分を種結晶としてさらにＧａＮ系結晶を再成長さ
せる工程とを有している。
【００１５】さらに本発明のＧａＮ系半導体の製造方法
は、高融点の導電性膜の上部がさらに非晶質絶縁膜で被
覆されている。
は、高融点の導電性膜の上部がさらに非晶質絶縁膜で被
覆されている。
【００１６】また、高融点の導電性膜の堆積方法に電子
サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ、特にＥＣＲス
パッタを用いている。
サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ、特にＥＣＲス
パッタを用いている。
【００１７】高融点の導電性膜が例えばＴｉ、Ｔａ、Ｔ
ｉＮ、ＴａＮ、Ｗ、ＷＳｉxなどのようにＴｉまたはＴ
ａまたはＷを含有している。
ｉＮ、ＴａＮ、Ｗ、ＷＳｉxなどのようにＴｉまたはＴ
ａまたはＷを含有している。
【００１８】誘電体膜がＳｉＯ2、ＳｉＮx、Ａｌ2Ｏ3、
ＡｌＮまたはそれらの化合物（例えば、ＳｉＯＮやＡｌ
ＮＯなど）や多層膜からなる。
ＡｌＮまたはそれらの化合物（例えば、ＳｉＯＮやＡｌ
ＮＯなど）や多層膜からなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて詳細に説明する。本発明の製造方法は、
窒化物半導体の成長方法はＭＯＶＰＥ法に限定するもの
ではなく、ハイドライド気相成長法（Ｈ?ＶＰＥ法）や
分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）など、ＧａＮ系半導
体層を成長させるためにこれまで提案されている全ての
方法に適用できる。
て図面を用いて詳細に説明する。本発明の製造方法は、
窒化物半導体の成長方法はＭＯＶＰＥ法に限定するもの
ではなく、ハイドライド気相成長法（Ｈ?ＶＰＥ法）や
分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）など、ＧａＮ系半導
体層を成長させるためにこれまで提案されている全ての
方法に適用できる。
【００２０】また、ここで言うＧａＮ系半導体とはIII
族元素としてＧａを含む窒化物半導体のことを言い、Ｇ
ａの他にＢ、Ａｌ、Ｉｎを含有するものも含まれる。
族元素としてＧａを含む窒化物半導体のことを言い、Ｇ
ａの他にＢ、Ａｌ、Ｉｎを含有するものも含まれる。
【００２１】（実施の形態）図１および図２（図１のｎ
型ＧａＮ１０３付近の拡大図）は本発明の実施例を示す
ＧａＮ系半導体レーザの構造断面図である。このレーザ
の作製方法を図３から図５に示す。
型ＧａＮ１０３付近の拡大図）は本発明の実施例を示す
ＧａＮ系半導体レーザの構造断面図である。このレーザ
の作製方法を図３から図５に示す。
【００２２】図１に示すレーザの作製方法は以下の通り
である。
である。
【００２３】まず、導電性のｎ型ＳｉＣ基板１０１上に
１０３０℃でＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）とＮＨ
3（アンモニア）とを供給して高抵抗ＡｌＮバッファ層
１０２を堆積する。その後、１０００℃に温度を変え、
ＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＮＨ3とＳｉＨ4（モノ
シラン）を供給しｎ型ＧａＮ層１０３を堆積する（図
３）。この時、ＧａＮ層の主面（表面）はＣ面になって
いる。次にフォトリソグラフィー技術によってレジスト
をストライプ状に加工し、続いてレジストをマスクとし
ドライエッチングによってＧａＮ層１０３とＡｌＮバッ
ファ層１０２とｎ型ＳｉＣ基板１０１の一部をリセス状
（凹状）に加工する。この時、リセス部の幅は約２０ミ
クロン、リッジ部（レジストのある部分）の幅は約３ミ
クロンである。
１０３０℃でＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）とＮＨ
3（アンモニア）とを供給して高抵抗ＡｌＮバッファ層
１０２を堆積する。その後、１０００℃に温度を変え、
ＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＮＨ3とＳｉＨ4（モノ
シラン）を供給しｎ型ＧａＮ層１０３を堆積する（図
３）。この時、ＧａＮ層の主面（表面）はＣ面になって
いる。次にフォトリソグラフィー技術によってレジスト
をストライプ状に加工し、続いてレジストをマスクとし
ドライエッチングによってＧａＮ層１０３とＡｌＮバッ
ファ層１０２とｎ型ＳｉＣ基板１０１の一部をリセス状
（凹状）に加工する。この時、リセス部の幅は約２０ミ
クロン、リッジ部（レジストのある部分）の幅は約３ミ
クロンである。
【００２４】続いてＥＣＲスパッタ法を用いてＴｉＮ１
０４（厚さ２０ｎｍ）とＳｉＮx１０５（厚さ２０ｎ
ｍ）を堆積し、リフトオフによってリッジストライプ上
のレジストとレジスト上のＴｉＮおよびＳｉＮxを除去
する（図４）。
０４（厚さ２０ｎｍ）とＳｉＮx１０５（厚さ２０ｎ
ｍ）を堆積し、リフトオフによってリッジストライプ上
のレジストとレジスト上のＴｉＮおよびＳｉＮxを除去
する（図４）。
【００２５】露出したｎ型ＧａＮ層１０３のＣ面を種結
晶としてＭＯＶＰＥ法によってｎ型ＧａＮ層１０７、ｎ
型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０８、ｎ型ＧａＮ光
ガイド層１０９、ＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）活
性層１１０、ｐ―ＧａＮ光ガイド層１１１、ｐ―Ａｌ
0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１２、ｐ―ＧａＮ層１１３
を順次堆積する（図５）。この時、隣同士のリッジは合
体しなくてもよい。
晶としてＭＯＶＰＥ法によってｎ型ＧａＮ層１０７、ｎ
型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０８、ｎ型ＧａＮ光
ガイド層１０９、ＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）活
性層１１０、ｐ―ＧａＮ光ガイド層１１１、ｐ―Ａｌ
0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１２、ｐ―ＧａＮ層１１３
を順次堆積する（図５）。この時、隣同士のリッジは合
体しなくてもよい。
【００２６】その後、ｐ―ＧａＮ層１１３とｐ―Ａｌ
0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１２をさらにリッジストラ
イプ状に加工し、リッジの両脇を絶縁膜１１４で覆い、
電流注入領域を形成する。ストライプ幅は２．５ミクロ
ン程度である。また、リッジ部はエアギャップ１０６の
上部の転位の少ない領域に形成されている。
0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１２をさらにリッジストラ
イプ状に加工し、リッジの両脇を絶縁膜１１４で覆い、
電流注入領域を形成する。ストライプ幅は２．５ミクロ
ン程度である。また、リッジ部はエアギャップ１０６の
上部の転位の少ない領域に形成されている。
【００２７】絶縁膜１１４の開口部のｐ―ＧａＮ層１１
３表面と、絶縁膜１１４の一部はｐ電極１１５が設けら
れている。また、ｎ型ＳｉＣ基板の裏面にはｎ電極１１
６が形成されている。
３表面と、絶縁膜１１４の一部はｐ電極１１５が設けら
れている。また、ｎ型ＳｉＣ基板の裏面にはｎ電極１１
６が形成されている。
【００２８】このようにして図１に示される半導体レー
ザを作製する。
ザを作製する。
【００２９】本素子においてｎ電極１１６とｐ電極１１
５の間に電圧を印加すると、ＭＱＷ活性層１１０にキャ
リアが注入され、活性層で利得を生じ、４０２ｎｍの波
長でレーザ発振を起こす。ＭＱＷ活性層１１０は厚さ３
ｎｍのＧａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ井戸層と厚さ６ｎｍのＧａＮバ
リア層から構成されている。
５の間に電圧を印加すると、ＭＱＷ活性層１１０にキャ
リアが注入され、活性層で利得を生じ、４０２ｎｍの波
長でレーザ発振を起こす。ＭＱＷ活性層１１０は厚さ３
ｎｍのＧａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ井戸層と厚さ６ｎｍのＧａＮバ
リア層から構成されている。
【００３０】図２に示すように、ｎ型ＧａＮ層１０３と
ｎ型ＳｉＣ基板１０１との間には高抵抗のＡｌＮバッフ
ァー層１０２がある。ｎ電極１１６から注入された電子
にとってＡｌＮ層１０２は障壁となり、抵抗の上昇を招
いてしまう。しかし、本発明では、リッジストライプ状
のｎ型ＧａＮ層１０３、ＡｌＮ層１０２、ｎ型ＳｉＣ基
板１０１の少なくとも側壁を導電性のＴｉＮ１０４で短
絡してあり、抵抗の上昇を著しく抑制できる。ＴｉＮは
融点が高いために、ｎ型ＧａＮ層１０７およびその上部
の多層間膜を積層する際に、分解することはない。本発
明では蒸発をより抑制するために、ＴｉＮ１０４の上に
ＳｉＮx１０５を被覆してある。また、ＴｉＮはｎ型Ｓ
ｉＣとｎ型ＧａＮ層の双方にとって低抵抗のコンタクト
抵抗が得られるために、デバイスの低抵抗化には有効で
ある。
ｎ型ＳｉＣ基板１０１との間には高抵抗のＡｌＮバッフ
ァー層１０２がある。ｎ電極１１６から注入された電子
にとってＡｌＮ層１０２は障壁となり、抵抗の上昇を招
いてしまう。しかし、本発明では、リッジストライプ状
のｎ型ＧａＮ層１０３、ＡｌＮ層１０２、ｎ型ＳｉＣ基
板１０１の少なくとも側壁を導電性のＴｉＮ１０４で短
絡してあり、抵抗の上昇を著しく抑制できる。ＴｉＮは
融点が高いために、ｎ型ＧａＮ層１０７およびその上部
の多層間膜を積層する際に、分解することはない。本発
明では蒸発をより抑制するために、ＴｉＮ１０４の上に
ＳｉＮx１０５を被覆してある。また、ＴｉＮはｎ型Ｓ
ｉＣとｎ型ＧａＮ層の双方にとって低抵抗のコンタクト
抵抗が得られるために、デバイスの低抵抗化には有効で
ある。
【００３１】図１の本発明のＧａＮ系半導体レーザは、
リッジストライプに垂直方向に、すなわち面内で異方的
な歪みが加わっており、その結果、光学利得を増大させ
ることが可能となって、著しくしきい値電流を低減させ
ることができる。
リッジストライプに垂直方向に、すなわち面内で異方的
な歪みが加わっており、その結果、光学利得を増大させ
ることが可能となって、著しくしきい値電流を低減させ
ることができる。
【００３２】図６に示すようにｎ型ＧａＮ１０３種結晶
の上部は約１×１０9ｃｍ-2と転位の多い領域６０３が
存在するが、横方向成長した部分は転位密度が１×１０
6ｃｍ-2程度まで低減できている。
の上部は約１×１０9ｃｍ-2と転位の多い領域６０３が
存在するが、横方向成長した部分は転位密度が１×１０
6ｃｍ-2程度まで低減できている。
【００３３】この転位の少ない領域６０４の上部に活性
領域、つまり電流注入領域を形成することで信頼性を向
上させることが可能となる。
領域、つまり電流注入領域を形成することで信頼性を向
上させることが可能となる。
【００３４】本発明では、ｎ型ＧａＮ層１０３、ＡｌＮ
層１０２、ｎ型ＳｉＣ基板１０１をリッジ状に加工し、
リッジストライプの側壁とリセス底部にＴｉＮ１０４／
ＳｉＮx１０３を形成した後、ＭＯＶＰＥ法によってｎ
型ＧａＮ層１０７以降の再成長層６０１を成長させる。
その際、従来と同様に多結晶ＧａＮ６０２が析出する場
合がある（図６）。しかし、段差があるために、多結晶
ＧａＮ６０２は上部の結晶に影響を及ぼすことはない。
その結果、特性のばらつきを大きく低減でき、歩留まり
を向上させることができる。
層１０２、ｎ型ＳｉＣ基板１０１をリッジ状に加工し、
リッジストライプの側壁とリセス底部にＴｉＮ１０４／
ＳｉＮx１０３を形成した後、ＭＯＶＰＥ法によってｎ
型ＧａＮ層１０７以降の再成長層６０１を成長させる。
その際、従来と同様に多結晶ＧａＮ６０２が析出する場
合がある（図６）。しかし、段差があるために、多結晶
ＧａＮ６０２は上部の結晶に影響を及ぼすことはない。
その結果、特性のばらつきを大きく低減でき、歩留まり
を向上させることができる。
【００３５】半導体レーザを作製する際、共振器を形成
する必要がある。共振器は主としてへき開によって作製
するが、時として基板に傷、クラックが生じることがあ
る。図７の従来の方法では、基板と最下部のＧａＮ層７
０４が接触しているために、傷は半導体素子の層まで達
し、特性を大きく損ねるといった不具合を生じる。本発
明のようにエアギャップ１０６が形成されると、傷はこ
こで停止するので半導体素子への影響を著しく低減でき
る。
する必要がある。共振器は主としてへき開によって作製
するが、時として基板に傷、クラックが生じることがあ
る。図７の従来の方法では、基板と最下部のＧａＮ層７
０４が接触しているために、傷は半導体素子の層まで達
し、特性を大きく損ねるといった不具合を生じる。本発
明のようにエアギャップ１０６が形成されると、傷はこ
こで停止するので半導体素子への影響を著しく低減でき
る。
【００３６】本発明では種結晶としてＧａＮを用いた場
合について説明したが、ＧａＮを主として含む化合物、
例えばＡｌＧａＮやＩｎＧａＮ等でも構わない。
合について説明したが、ＧａＮを主として含む化合物、
例えばＡｌＧａＮやＩｎＧａＮ等でも構わない。
【００３７】本発明では導電性の膜および誘電体膜の堆
積にＥＣＲスパッタを用いている。ＴｉＮの場合、原料
として固体Ｔｉ、反応性ガスにＮ2、プラズマガスにＡ
ｒを用いる。また、ＳｉＮxの場合、原料として固体Ｓ
ｉ、反応性ガスにＮ2、プラズマガスにＡｒを用いてい
る。これらの膜の堆積にＥＣＲスパッタを用いること
で、低温で良質の膜を得ることができる。
積にＥＣＲスパッタを用いている。ＴｉＮの場合、原料
として固体Ｔｉ、反応性ガスにＮ2、プラズマガスにＡ
ｒを用いる。また、ＳｉＮxの場合、原料として固体Ｓ
ｉ、反応性ガスにＮ2、プラズマガスにＡｒを用いてい
る。これらの膜の堆積にＥＣＲスパッタを用いること
で、低温で良質の膜を得ることができる。
【００３８】また、本発明では融点の高い導電性膜とし
て、ＴｉＮを用いて説明したが、Ｔｉ、Ｔａ、ＴａＮや
Ｗ、ＷＳｉxなど融点が高く、ｎ型ＧａＮやｎ型ＳｉＣ
へのコンタクト抵抗が低い材料であればよい。
て、ＴｉＮを用いて説明したが、Ｔｉ、Ｔａ、ＴａＮや
Ｗ、ＷＳｉxなど融点が高く、ｎ型ＧａＮやｎ型ＳｉＣ
へのコンタクト抵抗が低い材料であればよい。
【００３９】また、本発明では誘電体膜としてＳｉＮx
を用いているが、その他の誘電体膜または非晶質絶縁
膜、例えばＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮＯ、
ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、アモルファスＳｉ、ある
いはこれらの多層膜でも構わない。
を用いているが、その他の誘電体膜または非晶質絶縁
膜、例えばＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮＯ、
ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、アモルファスＳｉ、ある
いはこれらの多層膜でも構わない。
【００４０】これらの膜はＥＣＲスパッタを用いること
で比較的容易に得ることができる。基板にサファイアを
用いた場合について説明したが、その他の基板、例えば
ＺｎＯ、ＧａＮ等を用いても本発明の効果は大きい。
で比較的容易に得ることができる。基板にサファイアを
用いた場合について説明したが、その他の基板、例えば
ＺｎＯ、ＧａＮ等を用いても本発明の効果は大きい。
【００４１】本実施例では、種結晶となるｎ型ＧａＮ層
１０３はバッファー層を介した２段階の成長によって形
成した場合について説明したが、単結晶となる種結晶で
あれば他の方法を用いてもよい。
１０３はバッファー層を介した２段階の成長によって形
成した場合について説明したが、単結晶となる種結晶で
あれば他の方法を用いてもよい。
【００４２】本実施例では、種結晶のリッジ形成にリフ
トオフ・プロセスを用いたが、リッジストライプを作製
できる方法であれば、他の方法を用いても構わない。
トオフ・プロセスを用いたが、リッジストライプを作製
できる方法であれば、他の方法を用いても構わない。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＧａＮ系
半導体の製造方法は、導電性の基板上にＡｌuＧａvＩｎ
wＮ（u＋v＋w＝１）を堆積する工程と、ＡｌuＧａvＩｎ
wＮを凹状に基板に達するまでエッチングしてリッジを
形成する工程と、少なくともリッジの側面を高融点の導
電性膜で被覆する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮの導電性
膜で被覆されていない領域のＣ面を種結晶としてＡｌx
ＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）結晶を成長させる工程
とを有しており、良質のＡｌxＧａyＩｎzＮ結晶を歩留
まりよく作製することができる。
半導体の製造方法は、導電性の基板上にＡｌuＧａvＩｎ
wＮ（u＋v＋w＝１）を堆積する工程と、ＡｌuＧａvＩｎ
wＮを凹状に基板に達するまでエッチングしてリッジを
形成する工程と、少なくともリッジの側面を高融点の導
電性膜で被覆する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮの導電性
膜で被覆されていない領域のＣ面を種結晶としてＡｌx
ＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）結晶を成長させる工程
とを有しており、良質のＡｌxＧａyＩｎzＮ結晶を歩留
まりよく作製することができる。
【００４４】また、本発明のＧａＮ系半導体素子の製造
方法は、導電性の基板上にＡｌuＧａvＩｎwＮ（u＋v＋w
＝１）を堆積する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮを凹状に
基板に達するまでエッチングしてリッジを形成する工程
と、エッチング底面とリッジの側面を高融点の導電性膜
で被覆する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮの導電性膜で被
覆されていない領域のＣ面を種結晶として第一のクラッ
ド層、活性層、第二のクラッド層を積層する工程と、導
電性膜の上部の活性層にキャリアが注入されるように電
流狭窄構造を形成する工程とを有しており、転位密度の
低減によって信頼性が高くすることができ、また直列抵
抗および駆動電圧を低減でき、さらに異方的な歪みを活
性層に加えることができるために光学利得を増大させる
ことが可能となって著しくしきい値電流及び駆動電流を
低減させることが可能となり、ＧａＮ系青紫色半導体レ
ーザの特性を向上させることができる。
方法は、導電性の基板上にＡｌuＧａvＩｎwＮ（u＋v＋w
＝１）を堆積する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮを凹状に
基板に達するまでエッチングしてリッジを形成する工程
と、エッチング底面とリッジの側面を高融点の導電性膜
で被覆する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮの導電性膜で被
覆されていない領域のＣ面を種結晶として第一のクラッ
ド層、活性層、第二のクラッド層を積層する工程と、導
電性膜の上部の活性層にキャリアが注入されるように電
流狭窄構造を形成する工程とを有しており、転位密度の
低減によって信頼性が高くすることができ、また直列抵
抗および駆動電圧を低減でき、さらに異方的な歪みを活
性層に加えることができるために光学利得を増大させる
ことが可能となって著しくしきい値電流及び駆動電流を
低減させることが可能となり、ＧａＮ系青紫色半導体レ
ーザの特性を向上させることができる。
【００４５】また本発明のＧａＮ系半導体の製造方法
は、導電性の基板上にＡｌuＧａvＩｎ wＮ（u＋v＋w＝
１）を堆積する工程と、レジストをマスクとしてＡｌu
ＧａvＩｎ wＮを凹状に基板に達するまでエッチングして
リッジを形成する工程と、高融点の導電性膜を堆積する
工程と、リフトオフによってレジストおよびレジスト上
の導電性膜を除去する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮの表
面に露出した部分を種結晶としてさらにＧａＮ系結晶を
再成長させる工程とを有しており、良質のＧａＮ系結晶
を歩留まりよく作製することができる。
は、導電性の基板上にＡｌuＧａvＩｎ wＮ（u＋v＋w＝
１）を堆積する工程と、レジストをマスクとしてＡｌu
ＧａvＩｎ wＮを凹状に基板に達するまでエッチングして
リッジを形成する工程と、高融点の導電性膜を堆積する
工程と、リフトオフによってレジストおよびレジスト上
の導電性膜を除去する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮの表
面に露出した部分を種結晶としてさらにＧａＮ系結晶を
再成長させる工程とを有しており、良質のＧａＮ系結晶
を歩留まりよく作製することができる。
【００４６】さらに本発明のＧａＮ系半導体の製造方法
は、高融点の導電性膜の上部がさらに非晶質絶縁膜で被
覆されており、低抵抗のデバイスを再現性良く作製する
ことができる。
は、高融点の導電性膜の上部がさらに非晶質絶縁膜で被
覆されており、低抵抗のデバイスを再現性良く作製する
ことができる。
【００４７】また、ＥＣＲスパッタによってＴｉＮやＳ
ｉＮxのみならず、その他の膜、例えばＳｉＯ2、ＳｉＯ
Ｎ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮＯ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ
2Ｏ5、アモルファスＳｉ、Ｔｉ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、Ｗ
Ｓｉxなどの良質の膜を低温で比較的簡便に得ることが
できる。
ｉＮxのみならず、その他の膜、例えばＳｉＯ2、ＳｉＯ
Ｎ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮＯ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ
2Ｏ5、アモルファスＳｉ、Ｔｉ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、Ｗ
Ｓｉxなどの良質の膜を低温で比較的簡便に得ることが
できる。
【図１】本発明の実施の形態を示すＧａＮ系半導体レー
ザの素子断面図
ザの素子断面図
【図２】本発明の実施の形態を示すＧａＮ系半導体レー
ザの素子断面図
ザの素子断面図
【図３】本発明の実施の形態を示すＧａＮ系半導体レー
ザの製造方法を工程順に示した構造断面図
ザの製造方法を工程順に示した構造断面図
【図４】本発明の実施の形態を示すＧａＮ系半導体レー
ザの製造方法を工程順に示した構造断面図
ザの製造方法を工程順に示した構造断面図
【図５】本発明の実施の形態を示すＧａＮ系半導体レー
ザの製造方法を工程順に示した構造断面図
ザの製造方法を工程順に示した構造断面図
【図６】本発明の効果を示すための図で、２回目の成長
でＧａＮ単結晶が成長する様子を示した図
でＧａＮ単結晶が成長する様子を示した図
【図７】従来のＧａＮ系量子井戸半導体レーザの素子断
面図
面図
１０１ ｎ型ＳｉＣ基板 １０２ ＡｌＮバッファー層 １０３ ｎ型ＧａＮ層 １０４ ＴｉＮ膜 １０５ ＳｉＮx膜 １０６ エアギャップ １０７ ｎ型ＧａＮ層 １０８ n-Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 １０９ n-ＧａＮ光ガイド層 １１０ ＭＱＷ活性層 １１１ p-ＧａＮ光ガイド層 １１２ p-Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層 １１３ p-ＧａＮ層 １１４ 絶縁膜 １１５ p電極 １１６ n電極 ６０１ 再成長層 ６０２ 多結晶 ６０３ 転位の多い領域 ６０４ 転位の低減された領域 ７０１ サファイア基板 ７０２ ＧａＮ層 ７０３ ＳｉＯ2 ７０４ ＧａＮ層 ７０５ n-ＧａＮ層 ７０６ n-ＡｌＧａＮクラッド層 ７０７ n-ＧａＮ光ガイド層 ７０８ 活性層 ７０９ p-ＧａＮ光ガイド層 ７１０ p-ＡｌＧａＮクラッド層 ７１１ p-ＧａＮコンタクト層 ７１２ p電極 ７１３ ＳｉＯ2 ７１４ n電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮永 良子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 石橋 明彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 伴 雄三郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA40 CA04 CA05 CA34 CA40 CA74 FF16 5F073 AA13 AA45 AA55 AA74 CA07 CB04 CB07 DA05 DA24 DA35 EA29
Claims (8)
- 【請求項１】導電性の基板上にＡｌuＧａvＩｎwＮ（u＋
v＋w＝１）を堆積する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮを凹
状に基板に達するまでエッチングしてリッジを形成する
工程と、少なくともリッジの側面を高融点の導電性膜で
被覆する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮの該導電性膜で被
覆されていない領域のＣ面を種結晶としてＡｌxＧａyＩ
ｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）結晶を成長させる工程とを有
する窒化物半導体素子の製造方法。 - 【請求項２】導電性の基板上にＡｌuＧａvＩｎwＮ（u＋
v＋w＝１）を堆積する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮを凹
状に基板に達するまでエッチングしてリッジを形成する
工程と、エッチング底面とリッジの側面を高融点の導電
性膜で被覆する工程と、ＡｌuＧａvＩｎwＮの該導電性
膜で被覆されていない領域のＣ面を種結晶として第一の
クラッド層、活性層、第二のクラッド層を積層する工程
と、該導電性膜の上部の活性層にキャリアが注入される
ように電流狭窄構造を形成する工程とを有することを特
徴とする窒化物系半導体素子の製造方法。 - 【請求項３】導電性の基板上にＡｌuＧａvＩｎwＮ（u＋
v＋w＝１）を堆積する工程と、レジストをマスクとして
ＡｌuＧａvＩｎwＮを凹状に基板に達するまでエッチン
グしてリッジを形成する工程と、高融点の導電性膜を堆
積する工程と、リフトオフによってレジストおよびレジ
スト上の該導電性膜を除去する工程と、ＡｌuＧａvＩｎ
wＮの表面に露出した部分を種結晶としてさらにＧａＮ
系結晶を再成長させる工程とを有する窒化物系半導体素
子の製造方法。 - 【請求項４】高融点の導電性膜の上部がさらに非晶質絶
縁膜で被覆されている請求項１から３のいずれかに記載
の窒化物系半導体素子の製造方法。 - 【請求項５】高融点の導電性膜の堆積方法に電子サイク
ロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマを用いることを特徴と
する請求項１から３のいずれかに記載の窒化物系半導体
素子の製造方法。 - 【請求項６】導電性膜の堆積方法にＥＣＲスパッタを用
いることを特徴とする請求項５に記載の窒化物系半導体
素子の製造方法。 - 【請求項７】導電性膜がＴｉまたはＴａまたはＷを含有
することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載
の窒化物系半導体素子の製造方法。 - 【請求項８】誘電体膜がＳｉＮx、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、
Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮＯを含有する請求項１から３のいずれ
かに記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000120757A JP2001308462A (ja) | 2000-04-21 | 2000-04-21 | 窒化物半導体素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000120757A JP2001308462A (ja) | 2000-04-21 | 2000-04-21 | 窒化物半導体素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001308462A true JP2001308462A (ja) | 2001-11-02 |
Family
ID=18631515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000120757A Pending JP2001308462A (ja) | 2000-04-21 | 2000-04-21 | 窒化物半導体素子の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001308462A (ja) |
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| WO2010113399A1 (ja) | 2009-04-02 | 2010-10-07 | パナソニック株式会社 | 窒化物系半導体素子およびその製造方法 |
| WO2010116422A1 (ja) | 2009-04-09 | 2010-10-14 | パナソニック株式会社 | 窒化物系半導体発光素子、照明装置、液晶表示装置ならびに窒化物系半導体発光素子および照明装置の製造方法 |
| WO2011010436A1 (ja) | 2009-07-22 | 2011-01-27 | パナソニック株式会社 | 発光ダイオード |
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| WO2011125279A1 (ja) | 2010-04-01 | 2011-10-13 | パナソニック株式会社 | 窒化物系半導体素子およびその製造方法 |
| WO2011125289A1 (ja) | 2010-04-01 | 2011-10-13 | パナソニック株式会社 | 窒化物系半導体素子およびその製造方法 |
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