JP4041172B2

JP4041172B2 - Semiconductor laser manufacturing method

Info

Publication number: JP4041172B2
Application number: JP5768495A
Authority: JP
Inventors: 雅之園部
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1995-03-16
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2023-01-30
Also published as: JPH08255951A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は半導体発光素子の製法に関する。さらに詳しくは、青色発光に好適なチッ化ガリウム系化合物半導体の積層膜が垂直にエッチングされ、該エッチングにより露出した側面から発光する半導体発光素子の製法に関する。
【０００２】
ここにチッ化ガリウム系化合物半導体とは、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物またはIII 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなど他のIII 族元素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部がＰ、Ａｓなど他のＶ族元素と置換した化合物からなる半導体をいう。
【０００３】
また、半導体発光素子とは、ｐｎ接合またはダブルヘテロ接合を有する発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）、スーパルミネッセントダイオード（ＳＬＤ）または半導体レーザダイオード（ＬＤ）などの光を発生する半導体素子をいう。
【０００４】
【従来の技術】
従来青色のＬＥＤは赤色や緑色に比べて輝度が小さく実用化に難点があったが、近年チッ化ガリウム系化合物半導体を用い、Ｍｇをドーパントとした低抵抗のｐ型半導体層がアニール処理または電子線照射処理によりえられたことにより、輝度が向上し脚光をあびている。
【０００５】
ところで、チッ化ガリウム系のＬＥＤは、たとえば図５に示されるような構造になっている。このＬＥＤを製造するには、まずサファイア（Ａｌ₂Ｏ₃単結晶）基板２１に４００〜７００℃の低温で有機金属化合物気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）によりキャリアガスＨ₂とともに有機金属化合物ガスであるトリメチルガリウム（以下、ＴＭＧという）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）およびアンモニア（ＮＨ₃）を供給し、ｎ型のＧａＮからなる低温バッファ層２２を０．０１〜０．２μｍ程度形成し、ついで９００〜１２００℃の高温で同じガスを供給し同じ組成のｎ型のＧａＮからなる高温バッファ層２３を２〜４μｍ程度形成する。
【０００６】
ついで前述のガスに、さらにトリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡという）を導入して、ｎ型のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ＜１）層を成膜し、タブルヘテロ接合形成のためのｎ型クラッド層２４を０．１〜０．３μｍ程度形成する。これらのｎ型層を形成するには、前述の各成分ガスにＳｉをＳｉＨ₄ガスとして導入することにより形成される。
【０００７】
つぎに、前述の原料ガスのＴＭＡに代えてトリメチルインジウム（以下、ＴＭＩという）を導入し、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれより小さくなる材料、たとえばＧａ_yＩｎ_1-yＮ（０＜ｙ≦１）からなる活性層２５を０．０２〜０．１μｍ程度形成する。
【０００８】
ついで、ｎ型クラッド層２４の形成と同じ原料ガスで、不純物原料ガスをＳｉＨ₄に代えてｐ型不純物としてのＭｇまたはＺｎをビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ₅Ｈ₅）₂）（以下、Ｃｐ₂Ｍｇという）またはジメチル亜鉛（以下、ＤＭＺｎという）の有機金属化合物ガスとして加えて反応管に導入し、ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮからなるｐ型クラッド層２６を形成する。これによりｎ型クラッド層２４と活性層２５とｐ型のクラッド層２６とによりダブルヘテロ接合が形成される。
【０００９】
さらにキャップ層２７とするため、前述のバッファ層２３と同様のガスで、不純物原料ガスとしてＣｐ₂ＭｇまたはＤＭＺｎを供給してｐ型のＧａＮ層を気相成長させる。
【００１０】
そののち、ＳｉＯ₂などの保護膜を半導体の成長層表面全面に設け、４００〜８００℃、１５〜６０分間程度のアニールを行い、ｐ型クラッド層２６およびキャップ層２７の活性化を図る。ついで保護膜を除去したのちｎ型の電極を形成するため、レジストを塗布しパターニングして、図５に示されるように、成長した各半導体層の一部をＣｌ₂またはＣｌ₂＋ＢＣｌ₃などの塩素系プラズマによる反応性イオンエッチングであるドライエッチングを行ってｎ型ＧａＮ層であるバッファ層２３を露出させる。ついでＡｌ、Ａｕなどの金属膜をスパッタリングなどにより形成してｐ側およびｎ側の両電極２８、２９を形成し、ダイシングすることによりＬＥＤチップを形成している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のチッ化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体発光素子は、前述のように、基板としてサファイア基板を用いているため、へき開をすることができず、エッチングおよびダイシングにより各チップに分離している。また、エッチングは前述のように、パターニングされたレジスト膜をマスクとして塩素系プラズマなどによる反応性イオンエッチングで行われる。そのため、選択比をあまり大きくできず、レジスト膜とチッ化ガリウム系半導体層とは同じ形状を維持したままエッチングされ、パターニングされたレジスト膜の開口部の側面形状がそのままチッ化ガリウム系半導体層のエッチングされた側面に現われる。一方、レジスト膜のパターニングは、一般に図６に示されるように、基板３０上に設けられたレジスト膜３１のパターニングの側面の傾斜角度α（図６参照）は直角にならないで鋭角となるテーパ状になる。そのため半導体層のエッチングされた側面も基板面に対して垂直にならないで傾斜する。基板の表面側から光を取り出すＬＥＤでは側面の形状はあまり問題にならないが、半導体レーザのように側面を鏡面にして共振器としながら側面から水平方向に光を取り出すばあいには、エッチングされた側面が傾斜し、しかも半導体レーザチップの両側の側面が平行になっていないと、共振特性がわるくなり、充分な出力がえられないという問題がある。
【００１２】
本発明はこのような問題を解決し、エッチングされた側面が基板面に対して垂直になるようにし、半導体レーザの共振器端面を実質的に垂直面としたチッ化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体レーザの製法を提供する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザの製法は、基板上に少なくともｎ型層およびｐ型層を含み半導体レーザを構成するようにチッ化ガリウム系化合物半導体層を積層し、該積層された半導体層の共振器端面をエッチングにより形成し、該エッチングされた共振器端面から光をとり出す半導体レーザの製法であって、前記半導体層を積層したのち該半導体層の表面に画像反転レジスト膜を設け、露光の際の露光量およびベーキングの際のベーキングの温度および時間を制御することにより、前記画像反転レジスト膜の開口部が前記半導体層の表面に対して実質的に垂直になるようにパターニングし、該パターニングされた画像反転レジスト膜のみをマスクとして前記半導体層を反応性イオンエッチングによりエッチングすることにより、前記画像反転レジスト膜からなるマスクの開口部とほぼ同じ形状を維持し、前記基板の面に対して実質的に垂直な共振器端面を形成することを特徴とする。
【００１４】
ここに実質的に垂直とは、半導体レーザとしたばあいに共振器の反射面として支障なく作用するとともに、レーザビームが基板面に対して一定方向に出射し、使用上支障のない程度に垂直であることをいう。
【００１５】
前記半導体層の表面に酸化ケイ素膜を形成し、該酸化ケイ素膜上に前記画像反転レジスト膜を設けることが、露光時の基板面での光の反射が多くなり、側面での垂直性がえられ易いため好ましい。
【００１６】
【作用】
本発明によれば、積層された半導体層を反応性イオンエッチングするばあいのマスクとして画像反転レジスト膜を用いているため、マスクの開口部を基板面に対して実質的に垂直にすることができる。すなわち、画像反転レジストは露光、ベーキング、全面露光をしたのち現像されるため、一般に露光の際、表面より内部に至る程、レジスト中での光の乱反射の影響により、光が拡がって弱くなり、完全に露光される中心部の露光部分の面積が狭くなるが、深い部分での露光部周囲も弱い光で照射されており、ベーキングによっても完全には硬化せず、再度全面に露光されることにより、最初の露光時に露光が不充分であった部分も現像液で現像されるようになる。したがって特に最初の露光の強さおよびベーキングの温度および時間を制御することにより画像反転レジスト膜の現像による開口部の側壁の傾斜角を調整することができ、実質的に垂直になるように形成することができる。
【００１７】
その結果、実質的に垂直の開口部を有するマスクを用いて反応性イオンエッチングをすることにより、マスクと半導体層はほぼ同じ形状を維持したままエッチングされるため、エッチングされた半導体層の側壁もマスク開口部の側壁と同じで、基板面に対して実質的に垂直な面がえられる。
【００１８】
【実施例】
つぎに図面を参照しながら本発明の半導体発光素子の製法を説明する。図１〜２は本発明の製法の一実施例により製造された半導体レーザチップの断面説明図、図３はその製造工程における画像反転レジスト膜のパターニングの説明図、図４は本発明の製法の他の実施例の一製造工程の断面図である。
【００１９】
図１〜２を参照しながら本発明の製法の一実施例である半導体レーザの製法について説明する。
【００２０】
まず図１（ａ）に示されるように、従来技術で説明したのと同様に、有機金属ガスおよび不純物ガスを導入してＭＯＣＶＤ法により、サファイヤ基板１上にｎ型ＧａＮからなる低温バッファ層２を０．０１〜０．２μｍ程度、９００〜１２００℃でｎ型ＧａＮからなる高温バッファ層３を２〜４μｍ程度、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ＜１）からなる下部クラッド層４を０．１〜０．３μｍ程度、クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが小さくなる材料、たとえばノンドープのＧａ_yＩｎ_1-yＮ（０＜ｙ≦１）からなる活性層５を０．０２〜０．１μｍ程度、ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮからなる上部クラッド層６を０．１〜０．３μｍ程度、ｐ型ＧａＮからなるキャップ層７を０．３〜１μｍそれぞれ連続的に成膜する。
【００２１】
つぎに図１（ｂ）に示されるように、積層された半導体層の表面に画像反転レジスト膜１０を１．２〜２．０μｍの厚さに塗布し、半導体層のエッチングされる部分が開口するようにパターニングする。このパターニングの際、開口部１１の側壁が基板１の表面、すなわち積層された半導体層の表面に対して実質的に垂直となるように行う。
【００２２】
一般に、画像反転レジストのパターニングは、パターンを形成したガラスマスクを位置合わせして露光し、ついで８０〜１２０℃で１５〜３０分間ベーキングする。このベーキングにより露光した部分が硬化する。また光が弱くなって完全には露光していない部分も変質の程度は弱く、再度の露光により現像され易くなる。そのため、再度全面露光して現像すると一般には図３に示されるように、半導体層１２上に設けられた画像反転レジスト膜１３の開口部の傾斜角度αは鈍角となるようにパターニングされ、リフトオフのためのマスクとして有用されている。
【００２３】
本発明はこの画像反転レジストの最初の露光の際の露光量およびベーキングの際のベーキング温度および時間を調整することにより、前述の画像反転レジストのパターニングにより開口部の側壁の傾斜角αをほぼ９０°に調整することができることを見出し、このマスクを使用して反応性イオンエッチングをすることにより基板表面に対して実質的に垂直なエッチングをすることができることを見出した。すなわち、反応性イオンエッチングによりエッチングをすると、マスクと半導体層はほぼ同じ形状を維持したままでエッチングが進むため、マスクにテーパが形成されていると半導体層にもそのままテーパ形状が形成されるが、マスクの側壁が垂直であれば、半導体層も垂直にエッチングされるからである。
【００２４】
以上説明したような方法により、図１（ｂ）に示される画像反転レジスト膜１０の開口部１１の側壁が基板１の表面に対して実質的に垂直になるように前記開口部１１を形成し、たとえばＣｌ₂ガス雰囲気の下で反応性イオンエッチングを行い、図１（ｃ）に示されるるように、活性層５を貫通してｎ型の高温バッファ層３が露出するまでエッチングする。この表面にＡｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｇなどからなる金属膜を成膜してパターニングすることにより、ｐ側電極８およびｎ側電極９をそれぞれキャップ層７およびエッチングにより露出した高温バッファ層３上に形成する（図２（ｄ）参照）。
【００２５】
そののちｐ側電極８をマスクとしてキャップ層７および上部クラッド層６の一部をドライエッチングによりエッチングしてメサ形状とし、基板１をダイシングすることにより、ｐ側電極８の４〜１０μｍの帯状の形状にストライプが形成された半導体レーザのチップがえられる（図２（ｅ）参照）。
【００２６】
本発明によれば、活性層５の両側端面は共に基板１の表面に対して実質的に垂直になっており、活性層５の上下はバンドギャップエネルギーが大きいクラッド層で挟まれ、両端面が鏡面で囲まれた共振器となり、発振効率のすぐれた半導体レーザがえられるとともに、活性層５から出射されるレーザビームは基板表面と平行に進み、レーザビームと受光素子との光軸合わせも容易にすることができる。
【００２７】
前記実施例ではメサエッチングすることにより電流の注入領域をストライプ形状にする半導体レーザの例で説明したが、たとえばクラッド層内にストライプ溝の形成された反対導電型の電流ブロッキング層を設ける構造やプレーナストライプ型構造の半導体レーザでも本発明により基板表面に垂直な端面を形成でき、チッ化ガリウム系化合物半導体層を用いた青色の半導体レーザをうることができる。また、チッ化ガリウム系の半導体材料も前述の組成に限定されず、一般にＡｌ_pＧａ_qＩｎ_1-p-qＮ（０≦ｐ＜１、０＜ｑ≦１、０＜ｐ＋ｑ≦１）からなり活性層のバンドギャップエネルギーがクラッド層のバンドギャップエネルギーより小さくなるようにｐ、ｑを選定すればよい。また前記Ａｌ_pＧａ_qＩｎ_1-p-qＮのＮの一部または全部をＡｓおよび／またはＰなどで置換した材料でも同様に本発明を適用できる。さらにレーザダイオードに限らず、ＬＥＤでも上部から発光させないで、側面から発光するＬＥＤにおいては、本発明により垂直な端面から発光させることができ、発光方向を一定方向に揃えることができ、ダブルヘテロ接合に限らず、ｐｎ接合でも同様に本発明を適用できる。
【００２８】
図４は本発明の製法の他の実施例のマスク部分の図である。本実施例では画像反転レジスト膜を設ける前に、積層された半導体層１２の表面にＣＶＤ法などにより酸化ケイ素膜１４を０．０５〜０．４μｍ程度の厚さ設け、その上に画像反転レジスト膜１３を設けたものである。ＧａＮ膜上に直接画像反転レジスト膜を設けて露光するとレジストを透過してＧａＮ膜に達した光が反射して画像反転レジスト膜に戻る光が多くなり裏面側の露光が広い範囲で行われ易く、図３の傾斜角が大きい、すなわち逆テーパの形状になり易い。しかし酸化ケイ素膜を設けることにより表面での反射量が減り反射により露光される領域が狭くなり、露光量の調整の自由度も増え、より一層垂直の側壁をえ易い。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の半導体発光素子の製法によれば、エッチング用マスクとして画像反転レジスト膜を用いているため、パターニングの側壁を基板表面に対して実質的に垂直に形成できる。その結果、実質的に垂直なパターニングされたマスクを用いて反応性イオンエッチングをすることにより半導体層を基板表面に対して実質的に垂直にエッチングすることができ、サファイア基板などのへき開をすることができない基板上に形成されるチッ化ガリウム系化合物半導体層を用いる半導体発光素子においても、特性のすぐれた半導体レーザや側面から発光するＬＥＤをうることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体発光素子の製法の一実施例の製造工程を示す図である。
【図２】本発明の半導体発光素子の製法の一実施例の製造工程を示す図である。
【図３】画像反転レジスト膜のパターニング形状の説明図である。
【図４】本発明の製法の他の実施例の画像反転レジスト膜近傍の説明図である。
【図５】従来のチッ化ガリウム系化合物半導体を用いたＬＥＤの断面説明図である。
【図６】従来のホトレジスト膜のパターニングの形状の説明図である。
【符号の説明】
１基板
４ｎ型クラッド層
５活性層
６ｐ型クラッド層
１０画像反転レジスト膜
１１開口部[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light emitting device. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light emitting element in which a laminated film of a gallium nitride compound semiconductor suitable for blue light emission is etched vertically and light is emitted from a side surface exposed by the etching.
[0002]
Here, the gallium nitride compound semiconductor is a compound in which a group III element Ga and a group V element N or a part of a group III element Ga is substituted with another group III element such as Al or In, and / or Alternatively, it refers to a semiconductor formed of a compound in which a part of N of the group V element is substituted with another group V element such as P or As.
[0003]
The semiconductor light emitting element refers to a semiconductor element that generates light, such as a light emitting diode (hereinafter referred to as an LED) having a pn junction or a double heterojunction, a super luminescent diode (SLD), or a semiconductor laser diode (LD). .
[0004]
[Prior art]
Conventionally, blue LEDs have lower brightness than red and green, and have been difficult to put into practical use. Recently, gallium nitride compound semiconductors are used, and low resistance p-type semiconductor layers using Mg as a dopant are annealed or electronically processed. As a result of the irradiation process, the brightness is improved and the light is highlighted.
[0005]
By the way, the gallium nitride LED has a structure as shown in FIG. 5, for example. In order to manufacture this LED, first, an organic metal and a carrier gas H ₂ are formed on a sapphire (Al ₂ O ₃ single crystal) substrate 21 at a low temperature of 400 to 700 ° C. by a metal organic compound vapor deposition method (hereinafter referred to as MOCVD method). Compound gas trimethyl gallium (hereinafter referred to as TMG) or triethyl gallium (TEG) and ammonia (NH ₃ ) are supplied to form a low-temperature buffer layer 22 made of n-type GaN of about 0.01 to 0.2 μm, Next, the same gas is supplied at a high temperature of 900 to 1200 ° C., and a high temperature buffer layer 23 made of n-type GaN having the same composition is formed to a thickness of about 2 to 4 μm.
[0006]
Next, trimethylaluminum (hereinafter referred to as TMA) is further introduced into the above-described gas to form an n-type Al _x Ga _1-x N (0 <x <1) layer, and n for forming a hetero heterojunction is formed. The mold cladding layer 24 is formed to a thickness of about 0.1 to 0.3 μm. These n-type layers are formed by introducing Si as SiH ₄ gas into the aforementioned component gases.
[0007]
Next, trimethylindium (hereinafter referred to as TMI) is introduced instead of the above-described source gas TMA, and a material whose band gap energy is smaller than that of the cladding layer, for example, Ga _y In _1-y N (0 <y ≦ The active layer 25 made of 1) is formed to a thickness of about 0.02 to 0.1 μm.
[0008]
Next, Mg or Zn as a p-type impurity is replaced with biscyclopentadienylmagnesium (Mg (C ₅ H ₅ ) ₂ ) (with the same source gas as that for forming the n-type cladding layer 24, replacing the impurity source gas with SiH _4. Hereinafter, the p-type cladding layer 26 made of p-type Al _x Ga _1-x N is formed by adding it as an organometallic compound gas of Cp ₂ Mg) or dimethylzinc (hereinafter referred to as DMZn) and introducing it into the reaction tube. Thus, a double heterojunction is formed by the n-type cladding layer 24, the active layer 25, and the p-type cladding layer 26.
[0009]
Further, in order to form the cap layer 27, the p-type GaN layer is vapor-phase grown by supplying Cp ₂ Mg or DMZn as an impurity source gas with the same gas as the buffer layer 23 described above.
[0010]
After that, a protective film such as SiO ₂ is provided on the entire surface of the semiconductor growth layer, and annealing is performed at 400 to 800 ° C. for 15 to 60 minutes to activate the p-type cladding layer 26 and the cap layer 27. Next, in order to form an n-type electrode after removing the protective film, a resist is applied and patterned, and as shown in FIG. 5, a part of each grown semiconductor layer is made of Cl ₂ or Cl ₂ + BCl ₃ or the like. Dry etching which is reactive ion etching using chlorine plasma is performed to expose the buffer layer 23 which is an n-type GaN layer. Next, a metal film such as Al or Au is formed by sputtering or the like to form both p-side and n-side electrodes 28 and 29, and then dicing to form an LED chip.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, a conventional semiconductor light emitting device using a gallium nitride compound semiconductor uses a sapphire substrate as a substrate, and thus cannot be cleaved, and is separated into chips by etching and dicing. . In addition, as described above, etching is performed by reactive ion etching using chlorine-based plasma or the like using a patterned resist film as a mask. Therefore, the selection ratio cannot be increased so much that the resist film and the gallium nitride based semiconductor layer are etched while maintaining the same shape, and the side shape of the opening of the patterned resist film remains as it is in the gallium nitride based semiconductor layer. Appears on the etched side. On the other hand, in the patterning of the resist film, generally, as shown in FIG. 6, the inclination angle α (see FIG. 6) of the side surface of the patterning of the resist film 31 provided on the substrate 30 is not a right angle but a tapered shape. become. Therefore, the etched side surface of the semiconductor layer is also inclined without being perpendicular to the substrate surface. The side surface of the LED that extracts light from the front surface side of the substrate is not a problem, but it was etched when the light was extracted horizontally from the side surface while using the side surface as a mirror to make a resonator like a semiconductor laser. If the side surfaces are inclined and the side surfaces on both sides of the semiconductor laser chip are not parallel, there is a problem that the resonance characteristics are impaired and a sufficient output cannot be obtained.
[0012]
The present invention solves such a problem, uses a gallium nitride compound semiconductor in which the etched side surface is perpendicular to the substrate surface, and the cavity facet of the semiconductor laser is substantially vertical . A method for manufacturing a semiconductor laser is provided.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The method of manufacturing a semiconductor laser according to the present invention includes laminating a gallium nitride compound semiconductor layer so as to constitute a semiconductor laser including at least an n-type layer and a p-type layer on a substrate, and a resonator end face of the laminated semiconductor layer Is formed by etching, and a method of manufacturing a semiconductor laser that extracts light from the etched end face of the resonator , and after the semiconductor layer is laminated, an image reversal resist film is provided on the surface of the semiconductor layer. By controlling the exposure amount and baking temperature and time during baking, patterning was performed so that the opening of the image reversal resist film was substantially perpendicular to the surface of the semiconductor layer. by etching by reactive ion etching said semiconductor layer only image reversible resist film as a mask, the image reversal Regis Maintaining substantially the same shape as the opening of the mask made of film, and forming a substantially vertical resonator facet to the plane of the substrate.
[0014]
Here, the term “substantially perpendicular” means that the semiconductor laser acts as a reflecting surface of the resonator without any trouble, and the laser beam is emitted in a certain direction with respect to the substrate surface so that there is no trouble in use. It means that.
[0015]
Forming a silicon oxide film on the surface of the semiconductor layer and providing the image reversal resist film on the silicon oxide film increases the reflection of light on the substrate surface during exposure and improves the verticality on the side surface. It is preferable because it is easily processed.
[0016]
[Action]
According to the present invention, since the image reversal resist film is used as a mask when the stacked semiconductor layers are subjected to reactive ion etching, the opening of the mask can be made substantially perpendicular to the substrate surface. . That is, since the image reversal resist is developed after being exposed, baked, and exposed to the entire surface, generally, when exposed from the surface to the inside, the light spreads and becomes weaker due to the influence of irregular reflection of light in the resist. The area of the exposed part of the central part that is completely exposed is reduced, but the periphery of the exposed part in the deep part is also irradiated with weak light, it is not completely cured even by baking, and it is exposed to the whole surface again As a result, a portion where the exposure is insufficient at the time of the first exposure is also developed with the developer. Therefore, the inclination angle of the side wall of the opening due to the development of the image reversal resist film can be adjusted by controlling the intensity of initial exposure and the temperature and time of baking, and the film is formed so as to be substantially vertical. be able to.
[0017]
As a result, by performing reactive ion etching using a mask having a substantially vertical opening, the mask and the semiconductor layer are etched while maintaining substantially the same shape. A surface substantially the same as the side wall of the mask opening and substantially perpendicular to the substrate surface is obtained.
[0018]
【Example】
Next, a method for producing a semiconductor light emitting device of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are cross-sectional explanatory views of a semiconductor laser chip manufactured according to an embodiment of the manufacturing method of the present invention, FIG. 3 is an explanatory diagram of patterning of an image reversal resist film in the manufacturing process, and FIG. It is sectional drawing of one manufacturing process of another Example.
[0019]
A method of manufacturing a semiconductor laser, which is an embodiment of the manufacturing method of the present invention, will be described with reference to FIGS.
[0020]
First, as shown in FIG. 1A, as described in the prior art, a low-temperature buffer layer 2 made of n-type GaN is formed on a sapphire substrate 1 by introducing an organic metal gas and an impurity gas and performing MOCVD. About 0.01 to 0.2 μm, high temperature buffer layer 3 made of n-type GaN at 900 to 1200 ° C. about 2 to 4 μm, lower clad made of n-type Al _x Ga _1-x N (0 <x <1) The layer 4 is about 0.1 to 0.3 μm, and the active layer 5 made of a material having a smaller band gap energy than the cladding layer, for example, non-doped Ga _y In _1-y N (0 <y ≦ 1) is 0.02 About 0.1 to 0.1 μm, the upper cladding layer 6 made of p-type Al _x Ga _1-x N is made about 0.1 to 0.3 μm, and the cap layer 7 made of p-type GaN is continuously formed to 0.3 to 1 μm. Film.
[0021]
Next, as shown in FIG. 1B, the image reversal resist film 10 is applied to a thickness of 1.2 to 2.0 μm on the surface of the laminated semiconductor layer, and the etched portion of the semiconductor layer is opened. Pattern so as to. In this patterning, the sidewall of the opening 11 is made substantially perpendicular to the surface of the substrate 1, that is, the surface of the stacked semiconductor layers.
[0022]
In general, patterning of an image reversal resist is performed by aligning and exposing a glass mask on which a pattern is formed, and then baking at 80 to 120 ° C. for 15 to 30 minutes. The exposed portion is cured by this baking. Further, the portion of the light that has weakened and is not completely exposed is weakly altered, and is easily developed by re-exposure. Therefore, when the entire surface is exposed again and developed, generally, as shown in FIG. 3, the opening angle of the image reversal resist film 13 provided on the semiconductor layer 12 is patterned so that the inclination angle α becomes an obtuse angle, and lift-off is performed. It is useful as a mask for.
[0023]
In the present invention, by adjusting the exposure amount at the first exposure of the image reversal resist and the baking temperature and time at the time of baking, the inclination angle α of the sidewall of the opening is set to approximately 90 by patterning the image reversal resist. It has been found that the etching can be adjusted to 0 °, and that it is possible to perform etching substantially perpendicular to the substrate surface by performing reactive ion etching using this mask. In other words, when etching is performed by reactive ion etching, the etching proceeds while the mask and the semiconductor layer maintain substantially the same shape. Therefore, if the mask is tapered, the semiconductor layer is also tapered as it is. This is because if the sidewall of the mask is vertical, the semiconductor layer is also etched vertically.
[0024]
By the method described above, the opening 11 is formed so that the side wall of the opening 11 of the image reversal resist film 10 shown in FIG. 1B is substantially perpendicular to the surface of the substrate 1. For example, reactive ion etching is performed under a Cl ₂ gas atmosphere, and etching is performed until the n-type high-temperature buffer layer 3 is exposed through the active layer 5 as shown in FIG. A high temperature buffer in which the p-side electrode 8 and the n-side electrode 9 are exposed by the cap layer 7 and etching, respectively, by forming and patterning a metal film made of Al, Ti, Au, Cr, Ni, Mg, etc. on the surface. It forms on the layer 3 (refer FIG.2 (d)).
[0025]
After that, using the p-side electrode 8 as a mask, a part of the cap layer 7 and the upper cladding layer 6 is etched by dry etching to form a mesa shape, and the substrate 1 is diced to form a 4-10 μm strip-like shape of the p-side electrode 8. A semiconductor laser chip in which stripes are formed is obtained (see FIG. 2E).
[0026]
According to the present invention, both end faces of the active layer 5 are substantially perpendicular to the surface of the substrate 1, and the upper and lower sides of the active layer 5 are sandwiched between clad layers having large band gap energy, and both end faces are It becomes a resonator surrounded by a mirror surface, and a semiconductor laser with excellent oscillation efficiency can be obtained. The laser beam emitted from the active layer 5 travels parallel to the substrate surface, and the optical axis alignment between the laser beam and the light receiving element is easy. Can be.
[0027]
In the above embodiment, the example of the semiconductor laser in which the current injection region is formed in a stripe shape by performing mesa etching has been described. However, for example, a structure or a planar structure in which an opposite conductivity type current blocking layer having a stripe groove formed in the cladding layer is provided. Even in a semiconductor laser having a stripe structure, an end face perpendicular to the substrate surface can be formed according to the present invention, and a blue semiconductor laser using a gallium nitride compound semiconductor layer can be obtained. Further, the gallium nitride based semiconductor material is not limited to the above-described composition, and is generally made of Al _p Ga _q In _1-pq N (0 ≦ p <1, 0 <q ≦ 1, 0 <p + q ≦ 1) and active. What is necessary is just to select p and q so that the band gap energy of the layer becomes smaller than the band gap energy of the cladding layer. Further, the present invention can be similarly applied to a material in which a part or all of N in the Al _p Ga _q In _1-pq N is substituted with As and / or P. In addition to laser diodes, LEDs that do not emit light from the top but emit light from the side can emit light from the vertical end face according to the present invention, the light emitting direction can be aligned in a certain direction, and double heterojunction However, the present invention can be similarly applied to a pn junction.
[0028]
FIG. 4 is a view of a mask portion of another embodiment of the manufacturing method of the present invention. In this embodiment, before providing the image reversal resist film, a silicon oxide film 14 is provided on the surface of the laminated semiconductor layer 12 by a CVD method or the like to a thickness of about 0.05 to 0.4 μm, and the image reversal resist is formed thereon. A film 13 is provided. When an image reversal resist film is provided directly on the GaN film and exposed, the light that passes through the resist and reaches the GaN film is reflected and returns to the image reversal resist film, so that exposure on the back side is easily performed in a wide range 3, the inclination angle is large, that is, it tends to be a reverse taper shape. However, by providing a silicon oxide film, the amount of reflection on the surface is reduced, the area exposed by reflection is narrowed, the degree of freedom of adjustment of the amount of exposure is increased, and a vertical sidewall is more easily obtained.
[0029]
【The invention's effect】
According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, since the image reversal resist film is used as an etching mask, the patterning side wall can be formed substantially perpendicular to the substrate surface. As a result, the semiconductor layer can be etched substantially perpendicular to the substrate surface by reactive ion etching using a substantially vertical patterned mask, and the sapphire substrate or the like is cleaved. Even in a semiconductor light emitting device using a gallium nitride compound semiconductor layer formed on a substrate that cannot be manufactured, a semiconductor laser having excellent characteristics and an LED that emits light from a side surface can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing process of an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a patterning shape of an image reversal resist film.
FIG. 4 is an explanatory view of the vicinity of an image reversal resist film according to another embodiment of the manufacturing method of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional explanatory view of an LED using a conventional gallium nitride compound semiconductor.
FIG. 6 is an explanatory view of a patterning pattern of a conventional photoresist film.
[Explanation of symbols]
1 Substrate 4 n-type cladding layer 5 active layer 6 p-type cladding layer 10 image reversal resist film 11 opening

Claims

A gallium nitride compound semiconductor layer is stacked on a substrate so as to constitute a semiconductor laser including at least an n-type layer and a p-type layer, and a resonator end face of the stacked semiconductor layer is formed by etching, and the etched A method of manufacturing a semiconductor laser that extracts light from the cavity end face ,
After laminating the semiconductor layer, an image reversal resist film is provided on the surface of the semiconductor layer, and the opening of the image reversal resist film is controlled by controlling the exposure amount during exposure and the baking temperature and time during baking. by There the patterned so as to be substantially perpendicular to the surface of the semiconductor layer is etched by reactive ion etching said semiconductor layer only image reversal resist film that is the patterning as a mask, the image reversible resist A method of manufacturing a semiconductor laser , characterized by forming a cavity end face that is substantially perpendicular to the surface of the substrate while maintaining substantially the same shape as an opening of a mask made of a film .

2. The method of manufacturing a semiconductor laser according to claim 1, wherein a silicon oxide film is formed on a surface of the semiconductor layer, and the image reversal resist film is provided on the silicon oxide film.