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JP2007073867A - Nitride semiconductor laser element and its manufacturing method - Google Patents

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JP2007073867A JP2005261825A JP2005261825A JP2007073867A JP 2007073867 A JP2007073867 A JP 2007073867A JP 2005261825 A JP2005261825 A JP 2005261825A JP 2005261825 A JP2005261825 A JP 2005261825A JP 2007073867 A JP2007073867 A JP 2007073867A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a ridge stripe structure, to proceed digging of a nitride semiconductor growth layer formed on a substrate in an arbitrary depth by etching with sufficient precision to an arbitrary depth without inclining by the crystallinity of the nitride semiconductor growth layer. <P>SOLUTION: Between a p-type GaN contact layer 27 comprising a nitride semiconductor layer 20 formed on an n-type GaN substrate 11 and a p-type Al<SB>0.05</SB>Ga<SB>0.95</SB>N clad layer 26, a p-type Al<SB>0.2</SB>Ga<SB>0.8</SB>N layer of the thickness 0.005 μm, and an etching marker layer 30 having a super lattice structure equipped with a portion of ten periodic structures whose one periodic structure is made of a p-type GaN layer of the thickness 0.02 μm is disposed. Based on the thickness of a portion of one period of the periodic structure of the etching marker layer 30 measured in advance and an etching rate calculated from the periods of plasma luminescence due to Al generated periodically in the digging by the etching, the etching time and the etching depth are controlled. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ドライエッチング法を用いた窒化物半導体レーザ素子の製造方法およびその方法によって製造した窒化物半導体レーザ素子に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor laser device using a dry etching method and a nitride semiconductor laser device manufactured by the method.

GaN、AlN、InNおよびそれらの混晶に代表される窒化物半導体材料により、紫外から可視領域で発振する窒化物半導体レーザ素子が各研究機関において精力的に研究されている。   Nitride semiconductor laser elements that oscillate in the ultraviolet to visible region using nitride semiconductor materials typified by GaN, AlN, InN, and mixed crystals thereof have been energetically studied in each research institution.

一般にAlGaN系結晶は、RIE(Reactive Ion Etching;反応性イオンエッチング)法、ICP(Inductively Coupled Plasma;誘導結合高周波プラズマ)法等のドライエッチングによる手法で、窒化物半導体層に電流狭窄構造であるリッジストライプ構造を形成するための掘り込みを行う。しかし、AlGaN系結晶は化学的に安定であるため、掘り込まれる部分の結晶性、並びにエッチング装置への投入電力や反応性ガスの濃度等の微量な違いで掘り込み深さが大きく変化する。このため、設定した掘り込み深さに対して、掘りすぎたり、足りなかったりと、素子毎にリッジストライプの掘り込み深さが異なるものとなりやすい。   In general, an AlGaN-based crystal is a ridge having a current confinement structure in a nitride semiconductor layer by a dry etching method such as an RIE (Reactive Ion Etching) method or an ICP (Inductively Coupled Plasma) method. Digging is performed to form a stripe structure. However, since the AlGaN-based crystal is chemically stable, the digging depth varies greatly depending on the crystallinity of the digged portion and the slight difference such as the power input to the etching apparatus and the concentration of the reactive gas. For this reason, the digging depth of the ridge stripe tends to be different for each element, such as digging too much or not enough for the set digging depth.

半導体レーザ素子のFFP(Far Field Pattern;遠視野像)の水平形状は、おおまかにリッジストライプの幅と掘り込み深さから決定される。したがって、形成されるリッジストライプの形状が異なればFFPの水平形状も異なるものとなり、基準から外れたものは不良品となる。したがって、歩留まり向上にはFFPの水平形状が基準を満たす半導体レーザ素子を得るには一定の形状のリッジストライプを形成する必要がある。   The horizontal shape of the FFP (Far Field Pattern) of the semiconductor laser element is roughly determined from the width of the ridge stripe and the digging depth. Therefore, if the shape of the formed ridge stripe is different, the horizontal shape of the FFP will be different, and if it is out of the standard, it will be a defective product. Therefore, in order to improve the yield, it is necessary to form a ridge stripe having a certain shape in order to obtain a semiconductor laser device in which the horizontal shape of the FFP satisfies the standard.

従来例として、窒化物半導体層にICP法でリッジストライプを形成する場合を説明する。図7は基板上に窒化物半導体成長層をMOCVD法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;有機金属気相成長法)で成長した窒化物半導体ウェハーの概略構成図である。窒化物半導体ウェハー110は、n型GaN基板111上に、窒化物半導体成長層120が形成されている。窒化物半導体成長層120は、厚さ0.2μmのn型GaN層121、厚さ2.2μmのn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層122、厚さ0.02μmのn型GaNガイド層123、厚さ4nmのInGaN層と厚さ8nmのGaN層が交互に3層ずつ重なったInGaN/GaN―3MQW(Multi Quantum Well;多重量子井戸)活性層124、厚さ20nmのp型Al0.3Ga0.7N蒸発防止層125、0.55μmのp型Al0.05Ga0.95Nクラッド層126、厚さ0.1μmのp型GaNコンタクト層127が順番に積層されている。 As a conventional example, a case where a ridge stripe is formed on a nitride semiconductor layer by an ICP method will be described. FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a nitride semiconductor wafer obtained by growing a nitride semiconductor growth layer on a substrate by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). The nitride semiconductor wafer 110 has a nitride semiconductor growth layer 120 formed on an n-type GaN substrate 111. The nitride semiconductor growth layer 120 includes an n-type GaN layer 121 having a thickness of 0.2 μm, an n-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding layer 122 having a thickness of 2.2 μm, an n-type GaN guide layer 123 having a thickness of 0.02 μm, InGaN / GaN-3 MQW (Multi Quantum Well) active layer 124 in which three layers of InGaN layers with a thickness of 4 nm and GaN layers with a thickness of 8 nm are alternately stacked, p-type Al 0.3 Ga 0.7 N with a thickness of 20 nm An evaporation preventing layer 125, a 0.55 μm p-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 126, and a 0.1 μm thick p-type GaN contact layer 127 are sequentially stacked.

図8には、ICP装置170内に図7の窒化物半導体ウェハー110と、モニタ用ウェハー161とを置いた状態の平面図、図9にはその正面図を示し、エッチングされた深さすなわち掘り込み深さを測定する原理を簡単に図示した。モニタ用ウェハー161は、エッチングされた量をモニタするためのものであり、サファイア基板上にGaN層を4μm以上成長させている。   FIG. 8 is a plan view showing a state in which the nitride semiconductor wafer 110 and the monitor wafer 161 shown in FIG. 7 are placed in the ICP device 170, and FIG. 9 is a front view showing the etched depth or digging. The principle of measuring the depth of penetration is illustrated schematically. The monitor wafer 161 is for monitoring the etched amount, and a GaN layer is grown to 4 μm or more on the sapphire substrate.

窒化物半導体ウェハー110のp型GaNコンタクト層127上に、リッジストライプを形成するためのストライプ状のマスク(幅2μm)を形成し、この状態でICP装置170によってエッチングを行い、p型GaNコンタクト層127およびp型Al0.05Ga0.95Nクラッド層126を掘り込む。本例の場合、p型GaNコンタクト層127の表面から0.57μmを掘り込み深さの目標として設定し、次に示す方法で測定する掘り込み深さに基づいて、p型Al0.3Ga0.7N蒸発防止層125から0.08μm上を目標にして停止した。 A stripe mask (width 2 μm) for forming a ridge stripe is formed on the p-type GaN contact layer 127 of the nitride semiconductor wafer 110, and in this state, etching is performed by the ICP apparatus 170 to form a p-type GaN contact layer. 127 and a p-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 126 are dug. In the case of this example, 0.57 μm is set as the target of the digging depth from the surface of the p-type GaN contact layer 127, and based on the digging depth measured by the following method, p-type Al 0.3 Ga 0.7 N The target was stopped 0.08 μm above the evaporation preventing layer 125.

このときの掘り込み深さの測定は、図9に示した様にモニタ用ウェハー161にレーザ光発生装置181からレーザ光を照射し、その反射光の強度をディテクター182で測定することで実現される。本例の場合、モニタ用ウェハー161のサファイア基板の表面(つまりGaN層との界面)での反射光とGaN層表面での反射光とが干渉するため、GaN層の厚みが掘り込まれて変化するにつれ、レーザ光強度が、図10に示す、掘り込み深さとレーザ高強度の関係を示すグラフのように変化する。この周期と掘り込まれた材質の屈折率との関係から掘り込まれた厚みが計測できる。   The measurement of the digging depth at this time is realized by irradiating the monitor wafer 161 with the laser beam from the laser beam generator 181 and measuring the intensity of the reflected light with the detector 182 as shown in FIG. The In the case of this example, the reflected light on the surface of the sapphire substrate (that is, the interface with the GaN layer) of the monitor wafer 161 interferes with the reflected light on the GaN layer surface, so the thickness of the GaN layer is dug and changed. Accordingly, the intensity of the laser beam changes as shown in a graph showing the relationship between the digging depth and the high laser intensity shown in FIG. The dug thickness can be measured from the relationship between this period and the refractive index of the dug material.

また、特許文献1および特許文献2においてはエッチング液を用いた湿式のエッチング方法によって窒化物半導体成長層をエッチングして、所定の深さに掘り込んだリッジストライプを形成する方法が提案されている。
特開平9−232681号公報(第4頁、図2) 特開2000−332290号公報(第4頁、図2)
Further, Patent Document 1 and Patent Document 2 propose a method of forming a ridge stripe dug to a predetermined depth by etching a nitride semiconductor growth layer by a wet etching method using an etchant. .
JP-A-9-232681 (page 4, FIG. 2) JP 2000-332290 A (page 4, FIG. 2)

図11は、上述した従来の方法で種々の深さにエッチングした窒化物半導体ウェハーの、表面段差計を用いて測定した実際の掘り込み深さと設定掘り込み深さの関係を示した。同図から掘り込み深さは、設定掘り込み深さに対して非常にばらついていることが分かる。本実施例の場合、測定サンプルと掘り込み実施サンプルが異なっていることもあり、その結晶性の違いによる掘り込み深さのバラツキが考えられる。そこでサファイア基板上にGaN層を成長したウェハーを細かく分割して、数回エッチングを実施し、装置の再現性を調べた結果、装置のエッチング量の再現性も悪いことが分かった。これらのことから、装置のエッチング量の再現性を向上させたとしても、結晶性による掘り込み深さの差が発生するため、その制御は非常に難しいと考えられる。   FIG. 11 shows the relationship between the actual digging depth and the set digging depth measured using a surface level gauge for nitride semiconductor wafers etched to various depths by the conventional method described above. It can be seen from the figure that the digging depth varies greatly with respect to the set digging depth. In the case of this example, the measurement sample and the excavation sample may be different, and the excavation depth varies due to the difference in crystallinity. Therefore, the wafer with the GaN layer grown on the sapphire substrate was finely divided and etched several times, and the reproducibility of the apparatus was examined. As a result, it was found that the reproducibility of the etching amount of the apparatus was also poor. For these reasons, even if the reproducibility of the etching amount of the apparatus is improved, a difference in the digging depth due to the crystallinity is generated, so that the control is considered to be very difficult.

また、ウェハー全てについて各層が設計通りの厚さに成長できているわけではなく、ウェハー毎に多少ばらつく場合があり、これらのウェハーから切り出された実際の素子は、掘り込み深さにばらつきが発生する可能性が高い。このため素子毎に掘り込み深さを設定するために、例えば、ウェハーの端を切り出し、SEM等で層厚を測定する必要があった。この場合、ウェハーの端が取られるので、ウェハー1枚から取れる素子の数が減ることになり、好ましくない。さらに、ウェハーの端は、異常成長を起こし易い場所であるため、実際のウェハーでは中心と端の層厚では、違いが発生する可能性が高く、その違いは必ずしも一定ではない。故に、この方法でも、掘り込む深さ設定自体が不正確であると言う欠点がある。   In addition, not all layers have been grown to the thickness as designed for all wafers, and there may be some variation from wafer to wafer, and the actual elements cut out from these wafers will vary in the depth of digging. There is a high possibility of doing. For this reason, in order to set the digging depth for each element, for example, it is necessary to cut out the edge of the wafer and measure the layer thickness with an SEM or the like. In this case, since the edge of the wafer is taken, the number of elements that can be taken from one wafer is reduced, which is not preferable. Further, since the edge of the wafer is a place where abnormal growth is likely to occur, there is a high possibility that a difference occurs in the layer thickness between the center and the edge in an actual wafer, and the difference is not necessarily constant. Therefore, this method also has a drawback that the depth setting itself is inaccurate.

また、特許文献1および特許文献2で提案された方法では、形成されたリッジストライプの側面が平面となりにくく、かつ半導体レーザ素子全体をエッチング液に浸すため、不要な部分までエッチングされてしまう。また、エッチング液が必要であり、乾燥工程なども必要となるため、装置および工程が複雑かつ煩雑となる。   Further, in the methods proposed in Patent Document 1 and Patent Document 2, the side surface of the formed ridge stripe is difficult to be flat, and the entire semiconductor laser element is immersed in an etching solution, so that unnecessary portions are etched. Further, since an etching solution is required and a drying process is also required, the apparatus and process are complicated and complicated.

そこで、本発明では、所望の掘り込み深さに掘り込んだリッジストライプを作製できる窒化物半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor laser device capable of producing a ridge stripe dug to a desired digging depth and a method for manufacturing the same.

上記目的を達成するために本発明は、窒化物半導体基板上に、窒化物半導体薄膜を積層して窒化物半導体成長層を形成する第1ステップと、前記窒化物半導体成長層の一部を除去する第2ステップをと備えた窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記第1ステップにおいて、前記窒化物半導体薄膜の間に、互いに組成の異なる少なくとも2種類の層からなる周期構造を2周期以上備える超格子層からなるエッチングマーカー層を積層し、前記第2ステップにおいて、前記窒化物半導体層の除去はドライエッチングによって行われ、ドライエッチングに伴う前記エッチングマーカー層に含まれる元素のプラズマ発光を検知し、前記エッチングマーカー層の周期構造の1周期のエッチングに必要な時間を計測し、計測を完了した後、前記計測した1周期のエッチングに必要な時間と前記1周期分の周期構造の厚さとから計算したエッチング速度に基づき、所定の深さにドライエッチングを行うことを特徴とする。   To achieve the above object, the present invention provides a first step of forming a nitride semiconductor growth layer by laminating a nitride semiconductor thin film on a nitride semiconductor substrate, and removing a part of the nitride semiconductor growth layer. In the method of manufacturing a nitride semiconductor laser device including the second step, in the first step, a periodic structure composed of at least two types of layers having different compositions is provided between the nitride semiconductor thin films in two or more periods. In the second step, the nitride semiconductor layer is removed by dry etching, and plasma emission of an element contained in the etching marker layer accompanying dry etching is detected in the second step. And measuring the time required for one cycle etching of the periodic structure of the etching marker layer, and after completing the measurement, Based on the measurement by the time the etching rate was calculated from the thickness of the one period of the periodic structure necessary for one cycle of the etching, and performing dry etching to a predetermined depth.

また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記エッチングマーカー層が、AlWGa1-WN(0.05≦W≦1)、InXGa1-XN(0.05≦X≦1)、AlYInZGa1-Y-ZN(0.05≦Y≦1、0.05≦Z≦1)およびGaNのうち少なくとも2種類以上の層を含む周期構造またはこれらのうち組成W、X、YまたはZが互いに0.05以上異なる同じ種類の層を2層以上含む層からなる周期構造を2周期以上備えることを特徴とする。 According to the present invention, in the method for manufacturing a nitride semiconductor laser device having the above-described structure, the etching marker layer includes Al W Ga 1 -W N (0.05 ≦ W ≦ 1), In X Ga 1 -X N (0 .05 ≦ X ≦ 1), Al Y in Z Ga 1-YZ N (0.05 ≦ Y ≦ 1,0.05 ≦ Z ≦ 1) and the cycle comprising at least two or more layers of GaN structure or their Among them, the composition W, X, Y or Z is characterized by comprising two or more periodic structures composed of layers containing two or more of the same type of layers different from each other by 0.05 or more.

また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記エッチングマーカー層が超格子であることを特徴とする。   According to the present invention, in the method of manufacturing a nitride semiconductor laser device having the above-described configuration, the etching marker layer is a superlattice.

また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記エッチングマーカー層を構成する各層の厚さが0.001μm以上であることを特徴とする。   According to the present invention, in the method for manufacturing a nitride semiconductor laser device having the above-described structure, the thickness of each layer constituting the etching marker layer is 0.001 μm or more.

また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記エッチングマーカー層を構成する各層の厚さが0.05μm以下であることを特徴とする。   According to the present invention, in the method of manufacturing a nitride semiconductor laser device having the above-described structure, the thickness of each layer constituting the etching marker layer is 0.05 μm or less.

また本発明の窒化物半導体レーザ素子は、上記いずれかの窒化物半導体レーザ素子の製造方法を用いて製造されたものである。   The nitride semiconductor laser device of the present invention is manufactured using any one of the above-described methods for manufacturing a nitride semiconductor laser device.

本発明によると、窒化物半導体成長層をエッチングする際に現れるプラズマ発光を検知し、互いに組成の異なる少なくとも2種類の層からなる周期構造を2周期以上備えるエッチングマーカー層をエッチングする際に周期的に現れるプラズマ発光から測定した1周期のエッチングに必要な時間と、事前にXRD(X−ray Diffractometer;X線回折装置)などによって測定した周期構造の1周期の厚さから、エッチング速度を計算し、これに基づいて窒化物半導体成長層を所定の深さにエッチングする。したがって、基板上に窒化物半導体成長層を成長させたウェハーごとに窒化物半導体成長層の結晶性が異なったものとなりやすいが、窒化物半導体成長層をエッチングしながらエッチング速度を計算し、エッチング深さを制御するため、この結晶性によらず一定の深さにエッチングすることができる。よって、この窒化物半導体素子の製造方法によって、所定の深さに掘り込んだリッジストライプを容易に作成することができる。   According to the present invention, plasma emission that appears when etching a nitride semiconductor growth layer is detected, and periodic when etching an etching marker layer having two or more periodic structures composed of at least two types of layers having different compositions from each other. The etching rate is calculated from the time required for one period of etching measured from the plasma emission appearing on the substrate and the thickness of one period of the periodic structure measured in advance by an XRD (X-ray Diffractometer). Based on this, the nitride semiconductor growth layer is etched to a predetermined depth. Therefore, the crystallinity of the nitride semiconductor growth layer tends to be different for each wafer on which the nitride semiconductor growth layer is grown on the substrate, but the etching rate is calculated while etching the nitride semiconductor growth layer, and the etching depth is calculated. In order to control the thickness, etching can be performed at a constant depth regardless of the crystallinity. Therefore, a ridge stripe dug to a predetermined depth can be easily created by this nitride semiconductor device manufacturing method.

また、本発明によると、エッチングマーカー層が、AlWGa1-WN(0.05≦W≦1)、InXGa1-XN(0.05≦X≦1)、AlYInZGa1-Y-ZN(0.05≦Y≦1、0.05≦Z≦1)およびGaNのうち少なくとも2種類以上の層を含む周期構造またはこれらのうち組成W、X、YまたはZが互いに0.05以上異なる同じ種類の層を2層以上含む層からなる周期構造を2周期以上備えるため、AlおよびInの少なくとも一方のプラズマ発光スペクトルがノイズに埋もれずに検知できる。 Further, according to the present invention, the etching marker layer is made of Al W Ga 1-W N (0.05 ≦ W ≦ 1), In X Ga 1-X N (0.05 ≦ X ≦ 1), Al Y In Z. A periodic structure including at least two or more layers of Ga 1-YZ N (0.05 ≦ Y ≦ 1, 0.05 ≦ Z ≦ 1) and GaN, or among these, the compositions W, X, Y, or Z are mutually Since the periodic structure including two or more layers including two or more layers of the same type different by 0.05 or more is provided, at least one of the plasma emission spectra of Al and In can be detected without being buried in noise.

さらにエッチングマーカー層は超格子層とすることにより、周囲の層と明確に組成を異なるものとしたまま薄くできるため、エッチングマーカー層のプラズマ発光の検知対象であるAlやInなどの元素のプラズマ発光スペクトルを明確に検知できるようにしつつ、これらの元素の濃度がリッジストライプの周辺において高くなりすぎることがなく、窒化物半導体レーザ素子の抵抗および消費電力の増加を抑制することができる。   Furthermore, the etching marker layer is a superlattice layer that can be thinned with a clearly different composition from the surrounding layers, so that plasma emission of elements such as Al and In that are targets for detection of plasma emission of the etching marker layer While making it possible to detect the spectrum clearly, the concentration of these elements does not become too high around the ridge stripe, and an increase in the resistance and power consumption of the nitride semiconductor laser device can be suppressed.

以下において、本発明の実施形態を説明するにあたり、用語の意味を予め明らかにしておく。本明細書に記載の「窒化物半導体層」とは、AlxGayInzN(0≦x≦1;0≦y≦1;0≦z≦1;x+y+z=1)からなる。ただし、窒化物半導体層の窒素元素のうちで、その約10%以下がAs、P、またはSbの元素で置換されてもよい。また、窒化物半導体層中に、Si、O、Cl、S、C、Ti、Ge、Zn、Cd、Mg、またはBeがドーピングされてもよい。n型窒化物半導体としては、これらのドーピング材料のうちでも、Si、O、およびClが特に好ましい。 In the following, the meanings of terms will be clarified in advance in describing embodiments of the present invention. The “nitride semiconductor layer” described in the present specification is made of Al x Ga y In z N (0 ≦ x ≦ 1; 0 ≦ y ≦ 1; 0 ≦ z ≦ 1; x + y + z = 1). However, about 10% or less of the nitrogen element in the nitride semiconductor layer may be replaced with an element of As, P, or Sb. The nitride semiconductor layer may be doped with Si, O, Cl, S, C, Ti, Ge, Zn, Cd, Mg, or Be. Among these doping materials, Si, O, and Cl are particularly preferable as the n-type nitride semiconductor.

なお、本願の図面において、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わしてはいない。   In the drawings of the present application, dimensional relationships such as length, width, thickness, and depth are appropriately changed for the sake of clarity and simplification of the drawings, and do not represent actual dimensional relationships.

図1は本発明の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子を形成する前の窒化物半導体ウェハー10の構造を示す概略構成図である。窒化物半導体ウェハー10は、n型GaN基板11上に、窒化物半導体成長層20が形成されている。窒化物半導体成長層20は、n型GaN基板11側から順に、厚さ0.2μmのn型GaN層21、厚さ2.2μmのn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層22、厚さ0.02μmのn型GaNガイド層23、厚さ4nmのInGaN層と厚さ8nmのGaN層が交互に3層ずつ重なったInGaN/GaN―3MQW(Multi Quantum Well;多重量子井戸)活性層24、厚さ20nmのp型Al0.3Ga0.7N蒸発防止層25、厚さ0.3μmのp型Al0.05Ga0.95Nクラッド層26、厚さ0.1μmのp型GaNコンタクト層27が積層されている。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the structure of a nitride semiconductor wafer 10 before forming a nitride semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. In the nitride semiconductor wafer 10, a nitride semiconductor growth layer 20 is formed on an n-type GaN substrate 11. The nitride semiconductor growth layer 20 includes an n-type GaN layer 21 having a thickness of 0.2 μm, an n-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 22 having a thickness of 2.2 μm, a thickness of 0.2 μm in order from the n-type GaN substrate 11 side. An n-type GaN guide layer 23 having a thickness of 02 μm, an InGaN / GaN-3 MQW (Multi Quantum Well) active layer 24 in which an InGaN layer having a thickness of 4 nm and a GaN layer having a thickness of 8 nm are alternately stacked three by three. A 20 nm p-type Al 0.3 Ga 0.7 N evaporation preventing layer 25, a 0.3 μm thick p-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding layer 26, and a 0.1 μm thick p-type GaN contact layer 27 are laminated.

また、p型Al0.05Ga0.95Nクラッド層26とp型GaNコンタクト層27との間にエッチングマーカー層30が形成されている。エッチングマーカー層30は、p型Al0.05Ga0.95Nクラッド層26側から順に厚さ0.005μmのp型Al0.2Ga0.8N層と厚さ0.02μmのp型GaN層を1周期とする周期構造を10周期分備えた超格子構造を有するものである。 An etching marker layer 30 is formed between the p-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding layer 26 and the p-type GaN contact layer 27. The etching marker layer 30 has a cycle in which a p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer having a thickness of 0.005 μm and a p-type GaN layer having a thickness of 0.02 μm are taken as one cycle in order from the p-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding layer 26 side. It has a superlattice structure with 10 periods of structure.

各層の組成、構成、厚さは一例であり、適宜変更して構わない。なお、本実施形態においては、n型GaN基板11を窒化物半導体基板として用いたが、窒化物半導体基板はこの材料に限定されるものではなく、p型のGaN基板、半絶縁性のGaN基板、Al1-xGaxN(0≦x≦1)基板などを用いても構わない。 The composition, configuration, and thickness of each layer are examples, and may be changed as appropriate. In this embodiment, the n-type GaN substrate 11 is used as a nitride semiconductor substrate. However, the nitride semiconductor substrate is not limited to this material, and a p-type GaN substrate or a semi-insulating GaN substrate. An Al 1-x Ga x N (0 ≦ x ≦ 1) substrate or the like may be used.

次に、上述の窒化物半導体成長層20の製造方法を説明する。以下の説明ではMOCVD法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;有機金属化学気相蒸着法)を用いた場合を示しているが、エピタキシャル成長できる成長法であれば、MOCVD法に限定されるものではなく、MBE法(Molecular Beam Epitaxy;分子線エピタキシ法)、HVPE法(Hydride Vapor Phase Epitaxy;ハイドライドVPE法)等、他の気相成長法を用いても構わない。   Next, a method for manufacturing the above-described nitride semiconductor growth layer 20 will be described. In the following description, the case where the MOCVD method (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) is used is shown, but the growth method is not limited to the MOCVD method as long as it is an epitaxial growth method. Other vapor phase growth methods such as a method (Molecular Beam Epitaxy; molecular beam epitaxy) and an HVPE method (Hydride Vapor Phase Epitaxy) may be used.

n型GaN基板11をMOCVD装置の成長炉内の所定のサセプタ上に設置し、キャリアガスとして、H2とNH3をそれぞれ5l/min流しながら、サセプタ温度を1050℃まで昇温する。昇温が終われば、Gaの原料としてトリメチルガリウム((CH33Ga;TMG)を130μmol/min、SiH4を70nmol/minとして成長炉内に供給し、n型GaN層21を0.2μm成長させる。その後、TMGを100μmol/minに減少し、Alの原料としてトリメチルアルミニウム((CH33Al;TMA)を5μmol/minとして成長炉内に供給して、n型Al0.05Ga0.95Nクラッド層22を2.2μm成長させる。n型Al0.05Ga0.95Nクラッド層22の成長が終了すると、TMAの供給を停止し、TMGを130μmol/minに増加し、n型GaNガイド層23を0.02μm成長させる。 The n-type GaN substrate 11 is placed on a predetermined susceptor in the growth furnace of the MOCVD apparatus, and the susceptor temperature is raised to 1050 ° C. while flowing H 2 and NH 3 as carrier gases at a rate of 5 l / min. When the temperature rise is finished, trimethylgallium ((CH 3 ) 3 Ga; TMG) is supplied at 130 μmol / min and SiH 4 is 70 nmol / min as a Ga raw material, and the n-type GaN layer 21 is 0.2 μm. Grow. Thereafter, TMG is reduced to 100 μmol / min, trimethylaluminum ((CH 3 ) 3 Al; TMA) is supplied as 5 μmol / min as an Al raw material into the growth reactor, and the n-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding layer 22 is supplied. Is grown to 2.2 μm. When the growth of the n-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 22 is completed, the supply of TMA is stopped, TMG is increased to 130 μmol / min, and the n-type GaN guide layer 23 is grown to 0.02 μm.

その後、TMG、SiH4の供給を停止して、キャリアガスをH2からN2に代え、サセプタ温度を800℃まで降温する。最初に、TMGを10μmol/minを成長炉内に供給し、厚さ20nmのGaN層を成長させる。次に、インジウムの原料としてトリメチルインジウム((CH33In;TMI)を5μmol/min、TMGを10μmol/minとして成長炉内に供給し、厚さ4nmのInGaN層を成長させる。次に、TMIの供給を停止し、8nmのGaN層を成長させる。その後再びTMIを5μmol/minとして成長炉内に供給し、厚さ4nmのInGaN層を成長させ、同様の動作を繰り返して、InGaN/GaN−3MQW活性層24はGaN/InGaN/GaN/InGaN/GaN/InGaN/GaNの順序で形成される。なお、最後のGaN層は、un−GaN/Si−GaN/un−GaNの構成で成長し、それぞれの層厚を20nm、10nm、40nmとした。 Thereafter, the supply of TMG and SiH 4 is stopped, the carrier gas is changed from H 2 to N 2 , and the susceptor temperature is lowered to 800 ° C. First, 10 μmol / min of TMG is supplied into the growth furnace to grow a GaN layer having a thickness of 20 nm. Next, as a raw material for indium, trimethylindium ((CH 3 ) 3 In; TMI) is supplied at 5 μmol / min and TMG at 10 μmol / min in the growth furnace to grow an InGaN layer having a thickness of 4 nm. Next, the supply of TMI is stopped, and an 8 nm GaN layer is grown. Thereafter, TMI is again supplied to the growth furnace at 5 μmol / min, an InGaN layer having a thickness of 4 nm is grown, and the same operation is repeated, so that the InGaN / GaN-3 MQW active layer 24 becomes GaN / InGaN / GaN / InGaN / GaN. / InGaN / GaN in this order. In addition, the last GaN layer was grown by the structure of un-GaN / Si-GaN / un-GaN, and each layer thickness was 20 nm, 10 nm, and 40 nm.

InGaN/GaN―3MQW活性層24が形成されると、TMIおよびTMGの供給を停止し、サセプタ温度を1050℃まで昇温して、キャリアガスをN2からH2に代えて、TMGを30μmol/min、TMAを10μmol/min、p型ドーパントであるMgの原料としてビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム((C25542Mg;EtCp2Mg)を0.2μmol/minで成長炉内に供給し、p型Al0.3Ga0.7N蒸発防止層25を20nm成長させる。p型Al0.3Ga0.7N蒸発防止層25の成長が終了すると、TMGの供給を100μmol/minに減少し、TMAを4μmol/minで成長炉内に供給し、p型Al0.05Ga0.95Nクラッド層26を0.35μm成長させる。 When the InGaN / GaN-3MQW active layer 24 is formed, the supply of TMI and TMG is stopped, the susceptor temperature is raised to 1050 ° C., the carrier gas is changed from N 2 to H 2 , and TMG is 30 μmol / Min, TMA is 10 μmol / min, and bisethylcyclopentadienylmagnesium ((C 2 H 5 C 5 H 4 ) 2 Mg; EtCp 2 Mg) is grown at 0.2 μmol / min as a raw material for Mg which is a p-type dopant. The p-type Al 0.3 Ga 0.7 N evaporation preventing layer 25 is grown to 20 nm by supplying into the furnace. When the growth of the p-type Al 0.3 Ga 0.7 N evaporation preventing layer 25 is completed, the supply of TMG is reduced to 100 μmol / min, TMA is supplied into the growth furnace at 4 μmol / min, and the p-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding layer 26 is grown by 0.35 μm.

次に、TMAの供給を15μmol/minに増加(もしくは、TMGの供給を50μmol/minに減少)させ、p型Al0.2Ga0.8N層を0.005μm成長させる。続いて、TMAの供給を停止し、p型GaN層を0.015μm成長させる。その後再び15μmol/minのTMAを供給し、p型Al0.2Ga0.8N層を0.005μm成長させ、同様の動作を繰り返して、厚さ0.005μmのp型Al0.2Ga0.8N層と厚さ0.015μmのp型GaN層を1周期とする周期構造を10周期分備えた超格子構造を有するエッチングマーカー層30を形成する。 Next, the supply of TMA is increased to 15 μmol / min (or the supply of TMG is decreased to 50 μmol / min), and a p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer is grown to 0.005 μm. Subsequently, the supply of TMA is stopped, and a p-type GaN layer is grown to 0.015 μm. Thereafter, 15 μmol / min TMA is supplied again to grow a p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer by 0.005 μm, and the same operation is repeated to obtain a 0.005 μm-thick p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer and a thickness. An etching marker layer 30 having a superlattice structure having a periodic structure with one period of 0.015 μm p-type GaN layer as one period is formed.

次に、TMAの供給を停止後、EtCp2Mgの供給量を1μmol/minへ増加、TMGの供給は100μmol/minを維持し、p型GaNコンタクト層27を0.1μm成長させて、窒化物半導体成長層20を完成させ、窒化物半導体レーザ素子の半導体積層膜の成長を終了する。その後、TMGおよびEtCp2Mgの供給を停止して降温する。このようにして、表面に窒化物半導体成長層20の形成された窒化物半導体ウェハー10が得られる。なお、これらの各層の厚さは目標値であり、実際の値とは異なる場合がある。 Next, after the supply of TMA is stopped, the supply amount of EtCp 2 Mg is increased to 1 μmol / min, the supply of TMG is maintained at 100 μmol / min, and the p-type GaN contact layer 27 is grown by 0.1 μm to form nitrides The semiconductor growth layer 20 is completed, and the growth of the semiconductor laminated film of the nitride semiconductor laser element is completed. Thereafter, the supply of TMG and EtCp 2 Mg is stopped and the temperature is lowered. In this manner, the nitride semiconductor wafer 10 having the nitride semiconductor growth layer 20 formed on the surface is obtained. In addition, the thickness of each of these layers is a target value and may differ from an actual value.

まず、通常のフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて、幅略2μmのリッジストライプ構造を形成するように、p型GaNコンタクト層27とエッチングマーカー層30をエッチングして除去する。引き続き、p型Al0.05Ga0.95Nクラッド層26の一部をエッチングして、エッチングを停止する。なお、本実施形態において、ドライエッチングに用いる反応性ガスとしてSiCl4を用いるものとするが、これに限定されるものではなく、BCl3などの塩素を含有する他のガスを用いても構わない。 First, the p-type GaN contact layer 27 and the etching marker layer 30 are removed by etching so as to form a ridge stripe structure having a width of about 2 μm using a normal photolithography technique and a dry etching technique. Subsequently, a part of the p-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding layer 26 is etched to stop the etching. In this embodiment, SiCl 4 is used as a reactive gas used for dry etching, but the present invention is not limited to this, and other gases containing chlorine such as BCl 3 may be used. .

このようにエッチングを実施する際、ICP装置などのドライエッチング装置が備えるプラズマ発光観測用のビューポート部分に分光器の入射口を直接接続するか、光ファイバーなどを用いることにより、ドライエッチング装置の反応炉(チャンバー)内に生成されたプラズマからの光を分光器の入射口に導入する。そして特定の波長の光の強度変化を観測・検知する。その観測光の強度変化を検知することで、どの層までエッチングしているかを知ることができる。   When etching is performed in this manner, the reaction of the dry etching apparatus can be performed by directly connecting the entrance of the spectroscope to the viewport portion for plasma emission observation provided in the dry etching apparatus such as an ICP apparatus or by using an optical fiber or the like. Light from plasma generated in the furnace (chamber) is introduced into the entrance of the spectrometer. It observes and detects changes in the intensity of light of a specific wavelength. By detecting the change in the intensity of the observation light, it is possible to know up to which layer is etched.

図2に、例として基板側からGaN層、InGaN層、AlGaN層、GaN層が順に積層された試料を、表側からエッチングした場合の分光した特定波長の光の強度の時間変化を示している。図に示すように、エッチング時間が176秒の時点で261.16nmの波長の光、185秒の時点で451.23nmの波長の光の発光強度を示す曲線は凸状となり、特異な変化を示している。261.16nmの波長の光はAl、451.23nmの波長の光はInに起因するものである。なお、本実施例における観測波長は上記であったが、実際にはそれぞれ±2nmの範囲の波長で観測できる。   FIG. 2 shows, as an example, a temporal change in the intensity of light having a spectroscopic wavelength when a sample in which a GaN layer, an InGaN layer, an AlGaN layer, and a GaN layer are sequentially stacked from the substrate side is etched from the front side. As shown in the figure, the curve indicating the emission intensity of light having a wavelength of 261.16 nm when the etching time is 176 seconds and light having a wavelength of 451.23 nm when the etching time is 185 seconds is convex, showing a unique change. ing. Light with a wavelength of 261.16 nm is due to Al, and light with a wavelength of 451.23 nm is due to In. In addition, although the observation wavelength in a present Example was mentioned above, it can actually observe in the wavelength of the range of +/- 2nm.

よって、窒化物半導体成長層20をエッチングする際に、Alに起因する発光スペクトルを検知すれば、エッチングマーカー層30は周期構造であり、エッチングマーカー層30をエッチングしている際には発光スペクトルも周期的に変化するため、何番目の周期をエッチングしているかや、1周期分のエッチングにかかる時間がわかる。事前にXRD(X−ray Diffractometer;X線回折装置)などによってエッチングマーカー層30の周期構造の1周期分の厚さをあらかじめ測定しておくことにより、これと、1周期分のエッチングにかかる時間から、エッチング速度をエッチング中に計算することができる。   Therefore, if the emission spectrum caused by Al is detected when the nitride semiconductor growth layer 20 is etched, the etching marker layer 30 has a periodic structure, and the emission spectrum also appears when the etching marker layer 30 is etched. Since it changes periodically, it is known what number cycle is being etched and the time required for etching for one cycle. By measuring in advance the thickness of one period of the periodic structure of the etching marker layer 30 with an XRD (X-ray Diffractometer; X-ray diffractometer) or the like, this and the time required for etching for one period From this, the etching rate can be calculated during etching.

図3は、ウェハー10のp型GaNコンタクト層27面についてXRD測定した結果を示すグラフである。GaNおよびAlGaNに起因するピークが見られる。このグラフで周期層厚として示した間隔が、エッチングマーカー層30のp型Al0.2Ga0.8N層とp型GaN層が構成する周期構造の1周期分の厚さである。この結果から、周期構造の1周期分の厚さは0.020μmと求めることができる。 FIG. 3 is a graph showing the results of XRD measurement of the p-type GaN contact layer 27 surface of the wafer 10. Peaks attributed to GaN and AlGaN are seen. The interval indicated as the periodic layer thickness in this graph is the thickness of one period of the periodic structure formed by the p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer and the p-type GaN layer of the etching marker layer 30. From this result, the thickness of one period of the periodic structure can be determined to be 0.020 μm.

よって、エッチング中に計算したエッチング速度に基づいてエッチング時間を制御することにより、所定の形状のリッジストライプを形成するように、p型Al0.05Ga0.95Nクラッド層26の一部までエッチングすることができる。このようにして、従来のようなモニタ用ウェハーの掘り込み深さに基づくのではなく、エッチング中に測定したエッチング速度に基づいてエッチング時間を制御することにより、窒化物半導体成長層20の結晶性によらずに正確に目標通りの掘り込み深さにエッチングすることができ、適切な形状のリッジストライプを形成することができる。 Therefore, by controlling the etching time based on the etching rate calculated during etching, it is possible to etch up to a part of the p-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding layer 26 so as to form a ridge stripe having a predetermined shape. it can. In this way, the crystallinity of the nitride semiconductor growth layer 20 is controlled by controlling the etching time based on the etching rate measured during etching, rather than based on the digging depth of the monitoring wafer as in the prior art. Regardless of this, it is possible to accurately etch to a target digging depth, and to form a ridge stripe having an appropriate shape.

次に、リッジストライプを形成した窒化物半導体ウェハー10を個々の窒化物半導体レーザ素子50に加工するプロセスを行う。概要は、一般的であるので、詳細は省略するが、窒化物半導体ウェハー10のリッジストライプを形成した面上に、電流狭窄のための絶縁膜41、p電極パッド42、43を形成し、n型GaN基板11を窒化物半導体成長層20が形成されていない面から研削研磨を行い、この研削研磨を行った面上にn電極44を作製した後、窒化物半導体ウェハー10をリッジストライプ方向にキャビティ長が300μmから1200μmの範囲になるようにバーの状態に分割し、図4の概略構成図に示す窒化物半導体レーザ素子50を作製した。p電極パッド42、43は、いずれも金属を蒸着して形成したものであり、例えばMo/Au、Mo/Pt/Au、Mo/Pd/Au、Mo/Pt/Alなどの金属の多層膜であっても、Auのみの単層であってもよい。また、絶縁膜41はSiO2、ZrO、TiO2、Si24などで構成される。 Next, a process of processing the nitride semiconductor wafer 10 on which the ridge stripe is formed into individual nitride semiconductor laser elements 50 is performed. Since the outline is general, the details are omitted, but an insulating film 41 for current confinement and p-electrode pads 42 and 43 are formed on the surface of the nitride semiconductor wafer 10 on which the ridge stripe is formed, and n The type GaN substrate 11 is ground and polished from the surface on which the nitride semiconductor growth layer 20 is not formed, and an n-electrode 44 is formed on the ground and polished surface, and then the nitride semiconductor wafer 10 is placed in the ridge stripe direction. The nitride semiconductor laser device 50 shown in the schematic configuration diagram of FIG. 4 was manufactured by dividing the state into bars so that the cavity length was in the range of 300 μm to 1200 μm. Each of the p electrode pads 42 and 43 is formed by vapor-depositing a metal, and is a multilayer film of a metal such as Mo / Au, Mo / Pt / Au, Mo / Pd / Au, or Mo / Pt / Al. Or it may be a single layer of Au only. The insulating film 41 is made of SiO 2 , ZrO, TiO 2 , Si 2 N 4 or the like.

ウェハー10と同様の構造を持つウェハーを20枚作製し、各ウェハーについてエッチングマーカー層1周期分の厚さを測定し、プラズマ発光のモニタリングを行いながら、ICP装置によってエッチングを行いリッジストライプを作製した。周期的に現れるAlに起因した発光スペクトルの検知結果から、1周期のエッチングにかかる時間を測定し、事前にXRDにて測定して得られた1周期分の厚さからエッチング速度を割り出し、エッチングマーカー層の信号が検知され初めてからp型GaNコンタクト層を含めて合計0.57μmのエッチングに相当する時間エッチングしたところで、エッチングを停止した。各ウェハーから窒化物半導体レーザ素子を無作為に100個ずつ取り出し、その合計2000個の窒化物半導体レーザ素子の水平FFPの半値幅を測定した。このときの水平FFP設計値に対して±1度以内に収まる窒化物半導体レーザ素子の数は1910個であった。この結果を、図5の、横軸にFFP設計値からのずれ、縦軸に該当する窒化物半導体レーザ素子の個数とした度数分布のグラフに示す。   Twenty wafers having the same structure as that of the wafer 10 were manufactured, and the thickness of one etching marker layer for each wafer was measured, and while monitoring plasma emission, etching was performed using an ICP apparatus to prepare ridge stripes. . Measure the time required for one period of etching from the detection result of the emission spectrum due to Al appearing periodically, and determine the etching rate from the thickness of one period obtained by measuring in advance by XRD. Etching was stopped when etching was performed for a time corresponding to a total etching of 0.57 μm including the p-type GaN contact layer from the first time when the signal of the marker layer was detected. 100 nitride semiconductor laser elements were randomly taken out from each wafer, and the half-value width of the horizontal FFP of the 2000 nitride semiconductor laser elements in total was measured. At this time, the number of nitride semiconductor laser elements within ± 1 degree with respect to the horizontal FFP design value was 1910. The results are shown in a frequency distribution graph in FIG. 5 where the horizontal axis represents a deviation from the FFP design value and the vertical axis represents the number of corresponding nitride semiconductor laser elements.

従来例、つまりエッチングマーカー層を挿入せず、モニタ用ウェハーを用いてエッチング厚さを測定する方法でエッチングを制御して作製された窒化物半導体レーザ素子では、上記の条件を満たしたものは、図5と同様にして作成した図6のグラフに示すように600個であったため、大幅に歩留まりが向上した。これは、エッチング深さのバラツキがなくなったことによる。   A nitride semiconductor laser element manufactured by controlling etching by a method of measuring an etching thickness using a monitoring wafer without inserting an etching marker layer, that is, a conventional example, which satisfies the above conditions, Since the number was 600 as shown in the graph of FIG. 6 created in the same manner as FIG. 5, the yield was greatly improved. This is because there is no variation in etching depth.

本実施形態において、エッチングマーカー層30は、AlWGa1-WN(0.05≦W≦1)、InXGa1-XN(0.05≦X≦1)およびAlYInZGa1-Y-ZN(0.05≦Y≦1、0.05≦Z≦1)およびGaNのうち少なくとも2種類以上の層を含む周期構造、またはこれらのうち組成W、X、YまたはZが互いに0.05以上異なる同じ種類の層を2層以上含む層からなる周期構造を2周期以上備えるものであればよい。周期構造を2周期分以上備えていれば、XRDにより周期構造の厚さが検出可能である。また、いずれの層を選んで周期構造を構成した場合でも、例えば構成元素が同じ層で周期構造を構成した場合でも、隣接する層でAlやInの濃度が0.05以上異なることから、エッチングが進行してエッチングしている層が別の層に変わった際にはプラズマ発光が明確に変化する。したがってプラズマ発光の変化が、検知しやすく、周期構造1周期分のエッチング時間の算出が容易に行える。さらに、エッチングマーカー層30を超格子とすることによって、構成する各層を周囲の層と明確に組成を異なるものとしたまま薄くできる。これによって、エッチングマーカー層のプラズマ発光の検知対象であるAlやInなどの元素のプラズマ発光スペクトルを明確に検知できるようにしつつ、これらの元素のリッジストライプの周辺における平均濃度が高くなりすぎることがなく、窒化物半導体レーザ素子の抵抗および消費電力の増加を抑制することができる。 In the present embodiment, the etching marker layer 30 is made of Al W Ga 1-W N (0.05 ≦ W ≦ 1), In X Ga 1-X N (0.05 ≦ X ≦ 1), and Al Y In Z Ga. 1-YZ N (0.05 ≦ Y ≦ 1, 0.05 ≦ Z ≦ 1) and a periodic structure including at least two kinds of layers of GaN, or a composition W, X, Y, or Z of these layers is mutually What is necessary is just to provide the periodic structure which consists of a layer containing 2 or more layers of the same kind different 0.05 or more. If two or more periodic structures are provided, the thickness of the periodic structure can be detected by XRD. In addition, even if any layer is selected to form a periodic structure, for example, even if the periodic structure is formed of the same constituent element layer, the concentration of Al or In is different by 0.05 or more in adjacent layers. When the layer being etched changes to another layer, plasma emission clearly changes. Therefore, a change in plasma emission is easy to detect, and the etching time for one period of the periodic structure can be easily calculated. Furthermore, by forming the etching marker layer 30 as a superlattice, each constituent layer can be thinned while the composition is clearly different from the surrounding layers. This makes it possible to clearly detect the plasma emission spectrum of elements such as Al and In that are the targets of plasma emission detection of the etching marker layer, while the average concentration of these elements around the ridge stripe may become too high. Therefore, it is possible to suppress an increase in resistance and power consumption of the nitride semiconductor laser element.

また、エッチングマーカー層30を構成する各層の厚さが0.001μm未満の場合またはXとYが0.05未満の場合は、エッチング時に現れるAlおよびInのプラズマ発光の発光スペクトルがノイズに埋もれてしまって検出できない。したがって、エッチングマーカー層30を構成する各層の厚さは、発光スペクトルの検出信号強度を向上させるため、0.001μm以上であることが好ましく、0.005μm以上であることがより好ましい。また、エッチングマーカー層30を構成する各層の厚さは0.05μm以下であることが好ましい。これは、エッチングマーカー層30を構成する各層の厚さが0.05μmよりも厚い場合、窒化物半導体成長層20のリッジストライプ付近でのAlおよびInの少なくとも一方の平均濃度が高くなりすぎるため、p型特性が悪化して、窒化物半導体ウェハー10から得られる窒化物半導体レーザ素子20の抵抗が上昇し、消費電力が増加するためである。また、特にAlGaNがエッチングマーカー層30に含まれる場合、周囲の層との格子定数差が大きいことから、クラックが入りやすく、素子の製造歩留まりが大幅に低下するためである。   Further, when the thickness of each layer constituting the etching marker layer 30 is less than 0.001 μm or when X and Y are less than 0.05, the emission spectrum of Al and In plasma emission that appears during etching is buried in noise. It cannot be detected. Therefore, the thickness of each layer constituting the etching marker layer 30 is preferably 0.001 μm or more, and more preferably 0.005 μm or more in order to improve the detection signal intensity of the emission spectrum. Moreover, it is preferable that the thickness of each layer which comprises the etching marker layer 30 is 0.05 micrometer or less. This is because, when the thickness of each layer constituting the etching marker layer 30 is thicker than 0.05 μm, the average concentration of at least one of Al and In in the vicinity of the ridge stripe of the nitride semiconductor growth layer 20 becomes too high. This is because the p-type characteristics are deteriorated, the resistance of the nitride semiconductor laser element 20 obtained from the nitride semiconductor wafer 10 is increased, and the power consumption is increased. In particular, when AlGaN is included in the etching marker layer 30, the lattice constant difference from the surrounding layers is large, so cracks are likely to occur, and the manufacturing yield of the device is greatly reduced.

また、本実施形態では、周期的に現れるエッチングマーカー層30を構成する層に含まれる元素の発光スペクトルの周期と、事前に測定したエッチングマーカー層30の1周期分の厚さから、エッチング速度をその場で計算するため、エッチングマーカー層30をエッチングし終わった後でもエッチング時間に基づいて掘り込み深さを計算しながらさらに深くまでエッチングできる。よって、エッチングマーカー層30を設ける位置は、掘り込み深さよりも浅い位置であればよいため、p型Al0.05Ga0.95Nクラッド層26またはp型GaNコンタクト層27を分割してその間に設けられていてもよく、p型GaNコンタクト層27の表面に設けられていてもよい。 In the present embodiment, the etching rate is determined from the period of the emission spectrum of the element contained in the layer constituting the etching marker layer 30 that appears periodically and the thickness of one period of the etching marker layer 30 measured in advance. Since the calculation is performed on the spot, even after the etching marker layer 30 has been etched, the etching can be further deepened while calculating the digging depth based on the etching time. Therefore, the etching marker layer 30 may be provided at a position shallower than the digging depth. Therefore, the p-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 26 or the p-type GaN contact layer 27 is divided and provided therebetween. Alternatively, it may be provided on the surface of the p-type GaN contact layer 27.

以上より、エッチングマーカー層30を設ける位置にかかわらず、所望の掘り込み深さを得ることができ、掘り込み深さの設計変更にも容易に対応できる。   As described above, a desired digging depth can be obtained regardless of the position where the etching marker layer 30 is provided, and it is possible to easily cope with a design change of the digging depth.

また、エッチングマーカー層30は、エッチング停止位置に挿入されていても良い。Al、Inのプラズマ発光が消えたタイミングでエッチングを停止する。この場合、エッチングを停止するタイミングを取りやすくするために、周期構造を3周期分以上備える構成とするのが好ましい。   The etching marker layer 30 may be inserted at an etching stop position. Etching is stopped when the plasma emission of Al and In disappears. In this case, in order to make it easy to take the timing to stop etching, it is preferable to have a structure having three or more periodic structures.

本発明の実施形態に係る窒化物半導体ウェハーの概略構成図Schematic configuration diagram of a nitride semiconductor wafer according to an embodiment of the present invention AlおよびInを含む窒化物半導体薄膜のエッチング時のプラズマ発光強度の測定結果の一例Example of measurement results of plasma emission intensity during etching of nitride semiconductor thin films containing Al and In 本発明の実施形態に係る窒化物半導体ウェハーのXRD測定結果XRD measurement result of nitride semiconductor wafer according to an embodiment of the present invention 本発明の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の概略構成図1 is a schematic configuration diagram of a nitride semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る方法で作成した窒化物半導体レーザ素子のFFP設計値からのずれの度数分布Frequency distribution of deviation from FFP design value of nitride semiconductor laser element produced by method according to embodiment of the present invention 従来の方法で作成した窒化物半導体レーザ素子のFFP設計値からのずれの度数分布Frequency distribution of deviation from FFP design value of nitride semiconductor laser device produced by conventional method 従来の窒化物半導体ウェハーの概略構成図Schematic configuration diagram of conventional nitride semiconductor wafer 従来の窒化物半導体ウェハーを配置したICP装置の平面図Plan view of an ICP device with a conventional nitride semiconductor wafer 従来の窒化物半導体ウェハーを配置したICP装置の正面図Front view of an ICP device with a conventional nitride semiconductor wafer 従来の窒化物半導体成長層の掘り込み深さとレーザ光強度の関係を示すグラフGraph showing the relationship between the digging depth of a conventional nitride semiconductor growth layer and the laser beam intensity 従来の設定掘り込み深さと実測掘り込み深さとの関係を示すグラフGraph showing the relationship between the conventional setting depth and the actual measurement depth

符号の説明Explanation of symbols

11 n型GaN基板
20 窒化物半導体成長層
21 n型GaN層
22 n型Al0.05Ga0.95Nクラッド層
23 n型GaNガイド層23
24 InGaN/GaN―3MQW活性層
25 p型Al0.3Ga0.7N蒸発防止層
26 p型Al0.05Ga0.95Nクラッド層
27 p型GaNコンタクト層
30 エッチングマーカー層
50 窒化物半導体レーザ素子
11 n-type GaN substrate 20 nitride semiconductor growth layer 21 n-type GaN layer 22 n-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 23 n-type GaN guide layer 23
24 InGaN / GaN-3 MQW active layer 25 p-type Al 0.3 Ga 0.7 N evaporation prevention layer 26 p-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 27 p-type GaN contact layer 30 etching marker layer 50 nitride semiconductor laser device

Claims (6)

窒化物半導体基板上に、窒化物半導体薄膜を積層して窒化物半導体成長層を形成する第1ステップと、前記窒化物半導体成長層の一部を除去する第2ステップをと備えた窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、
前記第1ステップにおいて、前記窒化物半導体薄膜の間に、互いに組成の異なる少なくとも2種類の層からなる周期構造を2周期以上備えるエッチングマーカー層を積層し、
前記第2ステップにおいて、前記窒化物半導体層の除去はドライエッチングによって行われ、ドライエッチングに伴う前記エッチングマーカー層に含まれる元素のプラズマ発光を検知し、前記エッチングマーカー層の周期構造の1周期のエッチングに必要な時間を計測し、計測を完了した後、前記計測した1周期のエッチングに必要な時間と前記周期構造の1周期分の厚さとから計算したエッチング速度に基づき、所定の深さにドライエッチングを行うことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
A nitride semiconductor comprising: a first step of stacking a nitride semiconductor thin film on a nitride semiconductor substrate to form a nitride semiconductor growth layer; and a second step of removing a part of the nitride semiconductor growth layer. In the manufacturing method of the laser element,
In the first step, between the nitride semiconductor thin films, an etching marker layer comprising two or more periodic structures composed of at least two types of layers having different compositions is laminated,
In the second step, the nitride semiconductor layer is removed by dry etching, and plasma emission of an element included in the etching marker layer accompanying dry etching is detected, and one cycle of the periodic structure of the etching marker layer is detected. After measuring the time required for etching and completing the measurement, a predetermined depth is obtained based on the etching rate calculated from the measured time required for one period of etching and the thickness of one period of the periodic structure. A method of manufacturing a nitride semiconductor laser device, comprising performing dry etching.
前記エッチングマーカー層が、AlWGa1-WN(0.05≦W≦1)、InXGa1-XN(0.05≦X≦1)、AlYInZGa1-Y-ZN(0.05≦Y≦1、0.05≦Z≦1)およびGaNのうち少なくとも2種類以上の層を含む周期構造またはこれらのうち組成W、X、YまたはZが互いに0.05以上異なる同じ種類の層を2層以上含む層からなる周期構造を2周期以上備えることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。 The etching marker layer is made of Al W Ga 1 -W N (0.05 ≦ W ≦ 1), In X Ga 1 -X N (0.05 ≦ X ≦ 1), Al Y In Z Ga 1 -YZ N ( 0.05 ≦ Y ≦ 1, 0.05 ≦ Z ≦ 1) and a periodic structure including at least two kinds of layers of GaN or the same among them, the compositions W, X, Y, or Z are different from each other by 0.05 or more. 2. The method for manufacturing a nitride semiconductor laser element according to claim 1, further comprising two or more periodic structures each including a layer including two or more types of layers. 前記エッチングマーカー層が超格子であることを特徴とする請求項1または2に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。   3. The method of manufacturing a nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the etching marker layer is a superlattice. 前記エッチングマーカー層を構成する各層の厚さが0.001μm以上であることを特徴とする、請求項2または3に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。   4. The method for manufacturing a nitride semiconductor laser element according to claim 2, wherein the thickness of each layer constituting the etching marker layer is 0.001 [mu] m or more. 前記エッチングマーカー層を構成する各層の厚さが0.05μm以下であることを特徴とする、請求項2または3に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。   4. The method for manufacturing a nitride semiconductor laser element according to claim 2, wherein the thickness of each layer constituting the etching marker layer is 0.05 [mu] m or less. 請求項1〜5のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法を用いて製造される窒化物半導体レーザ素子。   A nitride semiconductor laser device manufactured using the method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to claim 1.
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