(57)【要約】 【課題】  安全性が高く、結晶欠陥を生じにくい半導体レーザ素子の製造方法を提供することである。【解決手段】  半導体レーザ素子の製造方法は、ＧａＡｓ層形成工程と、保護層形成工程と、不純物活性化工程と、保護層除去工程とを含んで構成される。ＧａＡｓ層形成工程では、半導体レーザ素子の前駆体１１の表面上に、ＧａＡｓを含むＧａＡｓ層を形成する。保護層形成工程では、Ａｌ、ＧａおよびＡｓを含む保護層（２３，６７）を形成する。不純物活性化工程では、ＧａＡｓ層形成工程で形成したＧａＡｓ層の温度を上昇させ、ＧａＡｓ層内に、予め定める不純物を活性化させる。保護層除去工程では、保護層形成工程において形成した保護層（２３，６７）を除去する。【選択図】      図１
2010040606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子の前駆体の表面上に、ＧａＡｓを含むＧａＡｓ層を形成するＧａＡｓ層形成工程と、
Ａｌ、ＧａおよびＡｓを含む保護層を形成する保護層形成工程と、
前記ＧａＡｓ層形成工程で形成したＧａＡｓ層の温度を上昇させ、ＧａＡｓ層内に、予め定める不純物を活性化させる不純物活性化工程と、
前記保護層形成工程において形成した保護層を除去する保護層除去工程とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２】
前記半導体レーザ素子の前駆体を、分子線エピタキシー成長法で形成する前駆体形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３】
前記ＧａＡｓ層形成工程および前記保護層形成工程は、有機金属化学気相成長法を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項４】
前記保護層形成工程は、前記ＧａＡｓ層形成工程の直後に行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項５】
前記不純物活性化工程におけるＧａＡｓ層の温度は、前記ＧａＡｓ層形成工程における半導体レーザ素子の前駆体の温度よりも高く設定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項６】
前記保護層形成工程において形成する保護層は、組成がＡｌｘＧａ（１−Ｘ）Ａｓとして表され、ｘは、０．５＜ｘ＜１を満たす値に設定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項７】
前記保護層形成工程において形成する保護層の厚みは、０．０１μｍ以上０．１μｍ以下に設定されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａおよびＡｓを含み、電力の供給によって発光する半導体レーザ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、第１の従来技術に係る半導体レーザの断面図である。第１の従来技術にかかる半導体レーザ素子の製造方法において、製造される半導体レーザは、光の吸収が殆ど問題とならない膜厚で形成される保護層１を有し、Ａｓの蒸気圧よりもＡｓの分圧が高い雰囲気でアニール処理が行われる（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
第２の従来技術に係る半導体レーザ素子の製造方法では、ＳｉＯ２をマスクにして選択エッチングし、次にＳｉＯ２マスクを除去する。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２７０７８８号公報
【特許文献２】特開平５−２４３６７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
第１の従来技術では、保護層１は、エッチングの後に除去されることなく半導体レーザに含まれたままとなる。したがって、光の吸収が殆ど問題とはならないために、１００Å〜３００Åの膜厚で形成される。しかしこの膜厚では、アニール処理においてＡｓ原子が離脱することを防止することができないという問題点がある。特許文献１に開示される技術では、この問題点を解決するために、アニール処理を、Ａｓの蒸気圧よりもＡｓの分圧が高い雰囲気で行う。しかしＡｓ蒸気は毒性が強いので、Ａｓ蒸気が外部に漏れることを防止する設備か、またはＡｓ蒸気を無害化する設備のいずれかが必要となるという問題点がある。
【０００６】
第２の従来技術におけるＳｉＯ２から成るマスクを用いてＧａを含む層を保護すると、ＳｉＯ２にＧａ原子が浸透していくことで、Ｇａを含む層に結晶欠陥が生じるという問題点がある。
【０００７】
本発明の目的は、安全性が高く、結晶欠陥を生じにくい半導体レーザ素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従えば、半導体レーザ素子の製造方法は、ＧａＡｓ層形成工程と、保護層形成工程と、不純物活性化工程と、保護層除去工程とを含んで構成される。ＧａＡｓ層形成工程では、半導体レーザ素子の前駆体の表面上に、ＧａＡｓを含むＧａＡｓ層を形成する。保護層形成工程では、Ａｌ、ＧａおよびＡｓを含む保護層を形成する。不純物活性化工程では、ＧａＡｓ層形成工程で形成したＧａＡｓ層の温度を上昇させ、ＧａＡｓ層内に、予め定める不純物を活性化させる。保護層除去工程では、保護層形成工程において形成した保護層を除去する。
【０００９】
また本発明に従えば、半導体レーザ素子の製造方法は、前駆体形成工程をさらに含んで構成され、前駆体形成工程では、半導体レーザ素子の前駆体を分子線エピタキシー成長法で形成する。
【００１０】
また本発明に従えば、ＧａＡｓ層形成工程および保護層形成工程では、有機金属化学気相成長法を用いる。
【００１１】
また本発明に従えば、保護層形成工程は、ＧａＡｓ層形成工程の直後に行われる。
また本発明に従えば、不純物活性化工程におけるＧａＡｓ層の温度は、ＧａＡｓ層形成工程における半導体レーザ素子の前駆体の温度よりも高く設定される。
【００１２】
また本発明に従えば、保護層形成工程において形成する保護層の組成は、ＡｌｘＧａ（１−Ｘ）Ａｓとして表され、ｘは、０．５＜ｘ＜１を満たす値に設定される。
【００１３】
また本発明に従えば、保護層形成工程において形成する保護層の厚みは、０．０１μｍ以上０．１μｍ以下に設定される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、保護層形成工程では、Ａｌ、ＧａおよびＡｓを含む保護層を形成する。不純物活性化工程では、ＧａＡｓ層形成工程で形成したＧａＡｓ層の温度を上昇させ、ＧａＡｓ層内に、予め定める不純物を活性化させる。保護層除去工程では、保護層形成工程において形成した保護層を除去する。これによって、不純物活性化工程において、ＧａＡｓ層からＡｓ原子が抜け出ることを防止することができる。したがって、保護層が接触して配置されるＧａＡｓ層の表面の荒れを防止することができ、またＧａが析出することを防止することができる。
【００１５】
ＧａＡｓ層の表面の荒れを防ぐことができるので、保護層形成工程を含まない半導体レーザ素子の製造方法に比べて、表面エネルギーの上昇を抑制することができる。不純物活性化工程においてＡｓ原子の散逸を防止するために分圧が高く設定されたＡｓ気体を用いる必要がないので、Ａｓの蒸気圧よりも高い分圧のＡｓ気体を用いる従来技術に比べて、安全性の高い半導体のレーザ方法を実現することができる。またＳｉＯ２から成るマスクを用いることなくＡｓ原子の散逸を防止することができるので、結晶欠陥の生じにくい半導体レーザ素子の製造方法を実現することができる。
【００１６】
また本発明によれば、半導体レーザ素子の製造方法は、前駆体形成工程をさらに含んで構成され、前駆体形成工程では、半導体レーザ素子の前駆体を分子線エピタキシー成長法で形成する。これによって、不純物として、ベリリウムを高濃度でドーピングすることができる。ベリリウム（元素記号「Ｂｅ」）の拡散距離は、たとえばｐ型不純物として用いられる亜鉛およびマグネシウムの拡散距離に比べて短い。したがって、不純物としてたとえば亜鉛およびマグネシウムを用いる場合に比べて、半導体レーザ素子の使用耐久時間を長くすることができる。
【００１７】
また本発明によれば、ＧａＡｓ層形成工程および保護層形成工程では、有機金属化学気相成長法を用いる。これによって、たとえば分子線エピタキシー成長法を用いる場合に比べて、形成される層の厚みを均一にすることができる。また形成される層に不連続な部分が形成されることを防止することができる。保護層形成工程で形成される保護層が不連続に形成されることを防止できるので、不純物活性化工程においてＡｓ原子の散逸の防止を確実にすることができる。ＧａＡｓ層形成工程および保護層形成工程の両工程において有機金属化学気相成長法を用いるので、ＧａＡｓ層形成工程と保護層形成工程とにおいて、同一の装置構成を共用することが可能となる。
【００１８】
また本発明によれば、保護層形成工程は、ＧａＡｓ層形成工程の直後に行われる。これによって、保護層形成工程における設定圧力のまま、設定圧力を変化させることなくＧａＡｓ層形成工程を行うことができる。また保護層形成工程において原料として供給するために準備されたＧａおよびＡｓをＧａＡｓ層形成工程においても原料として用いることができる。したがって、保護層形成工程を簡単化することができる。
【００１９】
また本発明によれば、不純物活性化工程におけるＧａＡｓ層の温度は、ＧａＡｓ層形成工程における半導体レーザ素子の前駆体の温度よりも高く設定される。
【００２０】
これによって、不純物活性化工程において、ＧａＡｓ層からのＡｓ原子の散逸を防止しながら、不純物の活性化を効率よく行うことができる。
【００２１】
また本発明によれば、保護層形成工程において形成する保護層の組成は、ＡｌｘＧａ（１−Ｘ）Ａｓとして表され、ｘは、０．５＜ｘ＜１を満たす値に設定される。これによって、不純物活性化工程において、ＧａＡｓ層からのＡｓ原子の散逸を防止することと、保護層除去工程においてＧａＡｓ層を侵食することなくフッ化水素酸で保護層を選択的に除去することとを、両立することができる。
【００２２】
また本発明によれば、保護層形成工程において形成する保護層の厚みは、０．０１μｍ以上０．１μｍ以下に設定される。これによって、不純物活性化工程におけるＡｓ原子の散逸を防止することと、保護層除去工程において保護層を効率よく除去することとを、両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。以下の説明においては、各形態に先行する形態ですでに説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。またそれぞれの実施形態は、本発明に係る技術を具体化するために例示するものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明に係る技術内容は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。
【００２４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法の工程を表すフローチャートである。本実施形態において半導体レーザ素子１０は、ＧａおよびＡｓを含み、電力の供給によって発光する発光素子である。具体的には、第１実施形態として、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザ素子の製造方法について説明する。「Ｇａ」はガリウム原子を表し、「Ａｓ」はヒ素原子を表し、「Ａｌ」はアルミニウム原子を表す。それぞれの原子は電気的に中性な原子も、正電荷または負電荷を帯びたイオン状態の原子も含み、化合物中に含まれる状態での原子をも含むものとする。
【００２５】
各元素の原子は複数個存在し、気相、液相または個体相で、単体、化合物、またはイオンの状態で存在する。本実施形態における半導体レーザ素子１０は、電圧の印加によって、放射の誘導放出による光の増幅が行われて発光する素子であり、出射される光は、レーザ光である。
【００２６】
半導体レーザ素子の製造方法は、ＧａおよびＡｓを含む結晶基板上に、有機金属化学気相成長（metal organic chemical vapor deposition, 略称「ＭＯＣＶＤ」）法および分子線エピタキシー成長（molecular beam epitaxy, 略称「ＭＢＥ」）法の少なくともいずれかの方法を用いて結晶層を形成し、半導体レーザ素子１０を製造する方法である。
【００２７】
半導体レーザ素子の製造方法は、ＧａＡｓ層形成工程と、保護層形成工程と、不純物活性化工程と、保護層除去工程とを含んで構成される。ＧａＡｓ層形成工程では、半導体レーザ素子の前駆体１１の表面上に、ＧａＡｓを含むＧａＡｓ層を形成する。保護層形成工程では、Ａｌ、ＧａおよびＡｓを含む保護層２３を形成する。不純物活性化工程では、ＧａＡｓ層形成工程で形成したＧａＡｓ層の温度を上昇させ、ＧａＡｓ層内に、予め定める不純物を活性化させる。保護層除去工程では、保護層形成工程において形成した保護層２３を除去する。
【００２８】
半導体レーザ素子の製造方法は、前駆体形成工程をさらに含んで構成され、前駆体形成工程では、半導体レーザ素子の前駆体１１をＭＢＥ法で形成する。前駆体形成工程で形成される前駆体１１は、ＧａＡｓ基板１２と、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１５と、活性層１６と、第１ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１７と、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１８と、第２ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１９と、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層２１と、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２２とを含む。本実施形態において前駆体１１は、さらにｎ型ＧａＡｓバッファ層１３と、ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層１４とを含む。「Ｉｎ」はインジウム原子を表し、「Ｐ」はリン原子を表す。半導体レーザ素子１０のうち予め定める組成で層状に形成される各部分を、単に「層」と称することがある。
【００２９】
前駆体形成工程は、ＭＢＥ用のチャンバ内で行う。ＭＢＥ用のチャンバは、チャンバ内の空間を真空にするための真空ポンプを備えており、本実施形態において真空ポンプは、複数種類のポンプを併用してチャンバ内の空間を真空にする。真空ポンプは、たとえばロータリポンプ、ディフュージョンポンプ、ターボ分子ポンプ、イオンポンプなどである。ＭＢＥ用のチャンバ内には、各層の原料となる原子を含む気体が送込まれ、この気体の雰囲気下で結晶がエピタキシャル成長によって形成される。チャンバ内の圧力は、およそ１０−９Ｐａ程度に設定される。
【００３０】
本実施形態において半導体レーザ素子の製造方法は、狭窄部形成工程と活性化終了後工程とをさらに含んで構成される。狭窄部形成工程では、電圧が印加されたときに、電流が生じる範囲を限定することによって、半導体レーザ素子１０からの発光をコヒーレント放射とすることができる。活性化終了後工程では、不純物の活性化が終了した後、半導体レーザ素子１０を完成させるために、さらに結晶層の一部の除去、結晶層を形成、電極の形成などを行う。
【００３１】
図１に示すステップａ１の前駆体形成工程では、半導体レーザ素子の前駆体１１を形成する。前駆体形成工程の開始後、ＧａＡｓ基板１２の表面上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１３を０．２マイクロメートル（micrometers, 略号「μｍ」）の厚みで形成し、次にこの層の表面上にｎ型ＧａＩｎＰバッファ層１４を０．２５μｍの厚みで形成し、次にこの層の表面上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１５を１．３μｍの厚みで形成し、次にこの表面上に、活性層１６を形成する。本実施形態において活性層１６は、電圧の印加に対して波長６５０ナノメートル（nanometers, 略号「ｎｍ」）の光を発振する多重量子井戸型ポテンシャル構造を形成する。
【００３２】
次に活性層１６の表面上に第１ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１７を０．２μｍの厚みで形成し、次にこの表面上に、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１８を０．８ｎｍの厚みで形成し、次にこの表面上に、第２ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１９を１．１μｍの厚みで形成する。次にこの表面上に、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層２１を５０ｎｍの厚みで形成し、次にこの表面上に、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２２を０．８μｍの厚みで形成する。
【００３３】
その後、前駆体形成工程は終了する。ｎ型不純物としては、Ｓｉを、ｐ型不純物としてはＢｅを用いている。「Ｓｉ」はケイ素原子を表し、「Ｂｅ」はベリリウム原子を表している。ステップａ１の前駆体形成工程の後、ステップａ２の狭窄部形成工程に移行する。
【００３４】
図２は、本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法において、製造途中の段階における各層の断面図である。図２（ａ）は、前駆体形成工程が終了した状態の各層の断面図であり、図２（ｂ）は、狭窄部形成工程が終了した状態の各層の断面図である。図２（ｃ）は、保護層形成工程が終了した状態の各層の断面図であり、図２（ｄ）は、保護層除去工程が終了した状態の各層の断面図である。図２（ｅ）は、活性化終了後工程が終了した状態の各層の断面図である。
【００３５】
狭窄部形成工程の開始後、Ａｌ２Ｏ３をマスクとして用い、たとえばフォトリソグラフィによってリッジストライプパターン（ridge stripe pattern）２４を形成する。Ｏは、組成に含まれる酸素を表す。その後第２ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１９と、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層２１と、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２２とをエッチングによって削り、それらの一部分を除去する。これによって、電圧が印加されたときに電流が生じる狭窄部２５となる範囲を限定し、形成することができる。エッチングした後には、リッジストライプが突出した状態で形成される。本実施形態においてエッチングは、ウェットエッチングとする。その後、狭窄部形成工程は終了する。これによって各層は、図２（ｂ）に示す状態となる。
【００３６】
ステップａ２の狭窄部形成工程の後、ステップａ３のＧａＡｓ層形成工程に移行し、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層２６を１．９５μｍの厚みで形成する。ＧａＡｓ層形成工程では、ＭＯＣＶＤ法を用いる。これによって、エッチングによって残った部分を除く残余の部分に電流が流れることを阻止することができ、電流の生じる範囲を限定することができる。
【００３７】
次にステップａ４の保護層形成工程に移行し、保護層２３を形成する。保護層２３は、Ａｌ、Ｇａ、およびＡｓを含み、次のステップで加熱され、温度が上昇したときにｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層２６からＡｓが脱離し、散逸することを防止する。保護層形成工程では、ＭＯＣＶＤ法を用い、保護層形成工程は、ＧａＡｓ層形成工程の直後に行われる。保護層２３の組成は、ＡｌｘＧａ（１−Ｘ）Ａｓとして表され、ｘは、０．５＜ｘ＜１を満たす値に設定される。保護層形成工程において形成する保護層２３の厚みは、０．０１μｍ以上０．１μｍ以下に設定される。本実施形態における保護層形成工程では、ｘの値はｘ＝０．７５とし、保護層２３の厚みは０．１μｍとした。保護層２３は、前駆体１１およびＧａＡｓ層が摂氏６００度（略号「℃」）の温度に設定された条件下で成長する。これによって各層は、図２（ｃ）に示す状態となる。
【００３８】
ＧａＡｓ層形成工程および保護層形成工程は、ＭＯＣＶＤ用のチャンバ内で行われる。ＭＯＣＶＤ用のチャンバは、温度センサと加熱装置とを備えており、チャンバ内の雰囲気の温度を制御可能に設けられる。ＭＯＣＶＤ用のチャンバ内には、各工程において形成される各層の原料となる原子を含む気体が送込まれ、この気体はキャリアガスとして気体状水素および気体状窒素の少なくともいずれか一方を含む。ＭＯＣＶＤ用チャンバ内では、これらの気体の雰囲気下で結晶成長が行われ、各層が形成される。チャンバ内において各層の温度は、６００℃程度に設定され、チャンバ内の圧力は、６６６６Ｐａ程度に設定される。
【００３９】
保護層形成工程が終了した後、次にステップａ５の不純物活性化工程に移行し、前駆体１１、第１ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１７、第２ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１９、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層２２における不純物の活性化を行う。不純物活性化工程における処理を「アニーリング」と称することがある。アニーリングは、窒素雰囲気下で２時間、ＧａＡｓ層および保護層２３を加熱することによって行われる。アニーリングでは、ＧａＡｓ層および保護層２３の温度を７００℃に設定して行われる。
【００４０】
次にステップａ６の保護層除去工程に移行し、保護層２３の除去を行う。本実施形態において保護層２３の除去は、室温の温度条件下、質量濃度で５０％のフッ化水素酸を１０秒接触させることによって行われる。室温は２３℃以上２７℃以下とする。フッ化水素酸はＡｌｘＧａ（１−Ｘ）Ａｓを選択的にエッチングするけれども、ＧａＡｓ層をエッチングすることはないので、フッ化水素酸によって、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層２６が侵食されることはない。
【００４１】
次にステップａ７の活性化終了後工程に移行し、半導体レーザ素子１０を完成させるために、さらに結晶層の一部の除去、結晶層を形成、電極の形成を行う。本実施形態における活性化終了後工程では、保護層除去工程の後、狭窄部２５上にｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層２６の一部として突出して形成されるリッジストライプを除去する。これによって各層は、図２（ｄ）に示す状態となる。その後、露出した表面上に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２７を形成する。ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２７は、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法いずれの成長法によって形成しても構わない。
【００４２】
次に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２７の表面上にｐ側電極２８を、ＧａＡｓ基板１２の裏面にｎ側電極２９を形成する。ＧａＡｓ基板１２のうちｐ型ＧａＡｓコンタクト層２７とは逆の向きに臨む表面を裏面とし、この裏面にｎ側電極２９は形成される。次に、個々の素子に分離する。その後、ステップａ１〜ステップａ７の本処理は、終了する。これによって、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザ素子１０を得る。
【００４３】
第１実施形態によれば、保護層形成工程では、Ａｌ、ＧａおよびＡｓを含む保護層２３を形成する。不純物活性化工程では、ＧａＡｓ層形成工程で形成したＧａＡｓ層の温度を上昇させ、ＧａＡｓ層内に、予め定める不純物を活性化させる。保護層除去工程では、保護層形成工程において形成した保護層２３を除去する。これによって、不純物活性化工程において、ＧａＡｓ層からＡｓ原子が抜け出ることを防止することができる。したがって、保護層２３が接触して配置されるＧａＡｓ層の表面の荒れを防止することができ、またＧａが析出することを防止することができる。
【００４４】
ＧａＡｓ層の表面の荒れを防ぐことができるので、保護層形成工程を含まない半導体レーザ素子の製造方法に比べて、表面エネルギーの上昇を抑制することができる。不純物活性化工程においてＡｓ原子の散逸を防止するために分圧が高く設定されたＡｓ気体を用いる必要がないので、Ａｓの蒸気圧よりも高い分圧のＡｓ気体を用いる従来技術に比べて、安全性の高い半導体のレーザ方法を実現することができる。またＳｉＯ２から成るマスクを用いることなくＡｓ原子の散逸を防止することができるので、結晶欠陥の生じにくい半導体レーザ素子の製造方法を実現することができる。
【００４５】
また第１実施形態によれば、半導体レーザ素子の製造方法は、前駆体形成工程をさらに含んで構成され、前駆体形成工程では、半導体レーザ素子の前駆体１１を分子線エピタキシー成長法で形成する。これによって、不純物として、ホウ素よりも拡散距離が短いベリリウムを高濃度でドーピングすることができる。したがって、不純物としてホウ素を用いる場合に比べて、半導体レーザ素子１０の使用耐久時間を長くすることができる。
【００４６】
また第１実施形態によれば、ＧａＡｓ層形成工程および保護層形成工程では、有機金属化学気相成長法を用いる。これによって、たとえば分子線エピタキシー成長法を用いる場合に比べて、形成される層の厚みを均一にすることができる。また形成される層に不連続な部分が形成されることを防止することができる。保護層形成工程で形成される保護層２３が不連続に形成されることを防止できるので、不純物活性化工程においてＡｓ原子の散逸の防止を確実にすることができる。ＧａＡｓ層形成工程および保護層形成工程の両工程において有機金属化学気相成長法を用いるので、ＧａＡｓ層形成工程と保護層形成工程とにおいて、同一の装置構成を共用することが可能となる。
【００４７】
また第１実施形態によれば、保護層形成工程は、ＧａＡｓ層形成工程の直後に行われる。これによって、保護層形成工程における設定圧力のまま、設定圧力を変化させることなくＧａＡｓ層形成工程を行うことができる。また保護層形成工程において原料として供給するために準備されたＧａおよびＡｓをＧａＡｓ層形成工程においても原料として用いることができる。したがって、保護層形成工程を簡単化することができる。
【００４８】
また第１実施形態によれば、不純物活性化工程におけるＧａＡｓ層の温度は、ＧａＡｓ層形成工程における半導体レーザ素子の前駆体１１の温度よりも高く設定される。これによって、不純物活性化工程において、ＧａＡｓ層からのＡｓ原子の散逸を防止しながら、不純物の活性化を効率よく行うことができる。
【００４９】
また第１実施形態によれば、保護層形成工程において形成する保護層２３の組成は、ＡｌｘＧａ（１−Ｘ）Ａｓとして表され、ｘは、０．５＜ｘ＜１を満たす値に設定される。これによって、不純物活性化工程において、ＧａＡｓ層からのＡｓ原子の散逸を防止することと、保護層除去工程においてＧａＡｓ層を侵食することなくフッ化水素酸で保護層２３を選択的に除去することとを、両立することができる。
【００５０】
また第１実施形態によれば、保護層形成工程において形成する保護層２３の厚みは、０．０１μｍ以上０．１μｍ以下に設定される。これによって、不純物活性化工程におけるＡｓ原子の散逸を防止することと、保護層除去工程において保護層２３を効率よく除去することとを、両立することができる。
【００５１】
第１実施形態では、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１３と、ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層１４とを含む構成としたけれども、前駆体形成工程において、活性層１６を含む層の形成をＭＯＣＶＤ法で成長させる場合には、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１３と、ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層１４とを省略することも可能である。第１実施形態では、ＭＢＥ法で成長させるので、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１３と、ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層１４とを形成することによって、良質なモホロジィを確保し結晶欠陥を少なくすることが出来るので信頼性を向上させることができる。
【００５２】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態における前駆体形成工程の段階を表すフローチャートである。図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の第２実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法において、製造途中の段階における各層の断面図である。このうち図４Ａは、図４Ｂに比べて前半の段階における各層を表し、図４Ｂは、図４Ａに比べて後半の段階における各層を表す。
【００５３】
第２実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法に類似しており、以下、第１実施形態に対する第２実施形態の相違点を中心に説明する。
【００５４】
第２実施形態において半導体レーザ素子１０は、１つのチップで２種類の波長のレーザ光を出射可能な素子で、具体的には、１チップ２波長ＡｌＧａＡｓ系/ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子である。この半導体レーザ素子１０は、２種類の波長のうちの一方の波長の光を出射する第１レーザ構造体４８と、他方の波長の光を出射する第２レーザ構造体４９とを含んで構成される。第２実施形態において前駆体形成工程は、半導体レーザ素子の前駆体１１を形成する工程であり、第１レーザ構造形成段階と、第２レーザ用領域形成段階と、第２レーザ構造形成段階とを含む。
【００５５】
本実施形態において前駆体１１は、ｎ型ＧａＡｓ基板３２と、第１レーザ構造体４８におけるリッジストライプ６６と、ｎ型ＧａＡｓ基板３２と第１レーザ構造体４８におけるリッジストライプ６６との間に位置する各層と、第２レーザ構造体４９におけるリッジストライプ６６と、ｎ型ＧａＡｓ基板３２と第２レーザ構造体４９におけるリッジストライプ６６との間に位置する各層とを含む。本実施形態において第１レーザ構造体４８から出射される光の波長は、７８０ｎｍに設定され、第２レーザ構造体４９から出射される光の波長は、６５０ｎｍに設定される。第１レーザ構造体４８は、第１レーザ用領域５０に設けられ、第２レーザ構造体４９は、第２レーザ用領域５１に設けられる。
【００５６】
第１レーザ構造形成段階は、ＭＯＣＶＤ用のチャンバ内で行われ、第１レーザ構造体４８をＭＯＣＶＤ法で形成する。第１レーザ構造形成段階において各層は、ｎ型ＧａＡｓ基板３２の厚み方向に垂直な２つの表面のうち、一方の表面の全領域に形成され、この全領域は、第１レーザ領域および第２レーザ領域を含む。全領域のうち、第１レーザ領域と第２レーザ領域との間には、第１レーザ領域および第２レーザ領域とは異なる領域が位置する。
【００５７】
図３に示すステップｂ１の第１レーザ構造形成段階の開始後、ｎ型ＧａＡｓ基板３２上にｎ型ＧａＡｓバッファ層３３を０．４５μｍの厚みで形成し、次にこの層の表面上に、ｎ型ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓクラッド層３４を１．５μｍの厚みで形成する。この層の組成はＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓで表される組成として設定され、本実施形態においてｙの値はｙ＝０．４８５に設定される。次にこの層の表面上に、ｎ型ＡｌｚＧａ（１−ｚ）Ａｓクラッド層３６を０．２μｍの厚みで形成する。この層の組成はＡｌｚＧａ（１−ｚ）Ａｓで表される組成として設定され、本実施形態においてｚの値はｚ＝０．５５０に設定される。
【００５８】
次にこの層の表面上に、ＡｌＧａＡｓ活性層３８を形成する。ＡｌＧａＡｓ活性槽は、不純物がドープされていない活性層で、多重量子井戸型ポテンシャル構造を形成する。次にこの層の表面上に、ｐ型ＡｌｗＧａ（１−ｗ）Ａｓクラッド層３９を０．１μｍの厚みで形成する。この層の組成はＡｌｗＧａ（１−ｗ）Ａｓで表される組成として設定され、本実施形態においてｗの値はｗ＝０．５５０に設定される。
【００５９】
次にこの表面上に、ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層４２を２．８ｎｍの厚みで形成し、次にこの表面上に、ｐ型ＡｌｖＧａ（１−ｖ）Ａｓクラッド層４４を１．１５μｍの厚みで形成する。この層の組成はＡｌｖＧａ（１−ｖ）Ａｓで表される組成として設定され、本実施形態においてｖの値はｖ＝０．５５０に設定される。次にこの表面上に、ｐ型ＧａＡｓキャップ層４５を形成する。その後、第１レーザ構造形成段階は、終了する。ｎ型不純物としてはＳｉが用いられ、ｐ型不純物としてはＢｅが用いられる。第１レーザ構造形成段階が終了した状態における各層の断面図を、図４Ａ（ａ）に示す。
【００６０】
図３に示すステップａ１の第１レーザ構造形成段階の次に、ステップａ２の第２レーザ用領域形成段階に移行し、第２レーザ構造体４９を設けるための領域を、空間として形成する。第２レーザ用領域形成段階開始後、第１レーザ用領域５０に形成された第１レーザ構造体４８の表面上に、レジスト４６を設ける。レジスト４６は、光の照射によって架橋が起こるネガ型樹脂または光の照射によって可溶化するポジ型の有機物を原料に用いることができる。ポリマーとして形成されたレジスト４６は、硫酸系エッチャントの混合溶液に対して腐食されず、耐性を有する。レジスト４６は、第２レーザ用領域５１には配置されず、第１レーザ構造形成段階で形成された各層のうち、第２レーザ用領域５１に配置されている部分は、露出している。
【００６１】
次に第２レーザ用領域５１に配置されるｐ型ＧａＡｓキャップ層４５、ｐ型ＡｌｖＧａ（１−ｖ）Ａｓクラッド層４４、ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層４２、ｐ型ＡｌｗＧａ（１−ｗ）Ａｓクラッド層３９、ＡｌＧａＡｓ活性層３８、ｎ型ＡｌｚＧａ（１−ｚ）Ａｓクラッド層３６、およびｎ型ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓクラッド層３４をエッチングする。このエッチングにおいては、ＡｌＧａＡｓ系材料に対して選択性なくエッチングを行うことができる硫酸系エッチャントを用いる。本実施形態では、質量濃度９７％の硫酸と、質量濃度３１％の過酸化水素水と、水とを、体積比で１対８対５０で混合した混合溶液をエッチング液として用いる。
【００６２】
第２レーザ用領域形成段階におけるエッチングでは、ｐ型ＧａＡｓキャップ層４５、ｐ型ＡｌｖＧａ（１−ｖ）Ａｓクラッド層４４、ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層４２、ｐ型ＡｌｗＧａ（１−ｗ）Ａｓクラッド層３９、ＡｌＧａＡｓ活性層３８、およびｎ型ＡｌｚＧａ（１−ｚ）Ａｓクラッド層３６と、ｎ型ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓクラッド層３４の厚み方向途中までをエッチングし、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３３の表面上に残るｎ型ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓクラッド層３４を、フッ化水素酸でエッチング除去する。
【００６３】
フッ化水素酸は、ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓで表される組成の層を溶解除去するけれども、ＧａＡｓ層を溶解しないので、フッ化水素酸でｎ型ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓクラッド層３４をエッチングすることによって、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３３は溶解されず、自動的に残すことができる。これによって第２レーザ用領域５１は、空間として形成される。この状態における各層の断面図を、図４Ａ（ｂ）に示す。レジスト４６は、たとえば酸素プラズマを発生させるなどし、酸素ラジカルに暴露することによって除去する。その後、第２レーザ用領域段階が終了する。
【００６４】
次に第２レーザ構造形成段階に移行し、第２レーザ構造体４９を形成する。第２レーザ構造形成段階は、ＭＢＥ用チャンバ内で行われ、第２レーザ構造体４９を、ＭＢＥ法で形成する。第２レーザ構造形成段階において各層は、第１レーザ領域および第２レーザ領域を含む全領域に形成される。
【００６５】
図３のステップｂ３の第２レーザ構造形成段階の開始後、ｎ型ＧａＡｓバッファ層５２を０．２μｍの厚みで形成し、次にこの層の表面上に、ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層５３を０．２５μｍの厚みで形成する。次にこの層の表面上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５４を１．３μｍの厚みで形成し、次にこの層の表面上に、活性層５５を形成する。本実施形態において活性層５５は、電圧の印加に対して波長６５０ｎｍの光を発振する多重量子井戸型ポテンシャル構造を形成する。
【００６６】
次にこの活性層５５の表面上に、第１ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５６を０．２μｍの厚みで形成し、次にこの層の表面上に、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層５７を８．０ｎｍの厚みで形成する。次にこの層の表面上に、第２ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５８を１．１μｍの厚みで形成し、次にこの層の表面上に、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６２を５０ｎｍの厚みで形成する。次にこの層の表面上に、ｐ型ＧａＡｓキャップ層６３を、０．８μｍの厚みで形成する。この状態における各層の断面図を、図４Ａ（ｃ）に示す。
【００６７】
その後、第２レーザ用領域５１のｐ型ＧａＡｓキャップ層６３の表面上に、レジストを形成する。レジストは、少なくとも硫酸系エッチャントの混合溶液に対して腐食されず、耐性を有する。レジストは、第１レーザ用領域５０にはすでに配置されているので、第１レーザ用領域５０と第２レーザ用領域５１とに配置され、第１レーザ用領域５０と第２レーザ用領域５１との間にはレジストが配置されていない領域が残る。
【００６８】
次に、露出した表面からエッチング液によってエッチングを行う。このエッチングにおいて、ｐ型ＧａＡｓキャップ層６３およびｐ型ＧａＩｎＰ中間層６２は、硫酸系エッチャントでエッチングする。本実施形態では、質量濃度９７％の硫酸と、質量濃度３１％の過酸化水素水と、水とを、体積比で１対８対５０で混合した混合溶液をエッチング液として用いる。硫酸系エッチャントは、Ｇａ、ＩｎおよびＰを含む層を溶解する速度が遅く、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６２を残すことができる。次にｐ型ＧａＩｎＰ中間層６２、第２ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５８、ＧａＩｎＰエッチングストップ層、第１ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５６、活性層５５、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５４およびｎ型ＧａＩｎＰ中間層は、塩酸を用いてエッチングする。
【００６９】
塩酸は、ｎ型ＧａＡｓバッファ層５２を残すことができる。残るｎ型ＧａＡｓバッファ層５２は、前記硫酸系エッチャントでエッチングし、除去する。これによって、第１レーザ用領域５０においてｐ型ＧａＡｓキャップ層４５を露出させ、第１レーザ用領域５０と第２レーザ用領域５１との間の領域においてはｎ型ＧａＡｓ基板３２およびｎ型ＧａＡｓバッファ層３３が残る状態となる。その後、第２レーザ構造形成段階が終了する。この状態を、図４Ｂ（ｄ）に示す。
【００７０】
第１レーザ構造形成段階において形成したｎ型ＧａＡｓバッファ層３３と、第２レーザ構造形成工程で形成されたｎ型ＧａＡｓバッファ層５２とは、材質的には差はない。第１レーザ用領域５０のｐ型ＧａＡｓキャップ層４５上のｎ型ＧａＡｓバッファ層５２を硫酸系エッチャントでエッチングするときには、仮にエッチングの時間が設定時間よりも長ければ、ｐ型ＧａＡｓキャップ層４５をもエッチングしてしまう。したがって、ｐ型ＧａＡｓキャップ層４５を残してｎ型ＧａＡｓバッファ層５２をエッチングするために、エッチングの時間調整を行う。第２レーザ構造形成段階ではこのエッチング時間を、第１レーザ用領域においてｎ型ＧａＡｓバッファ層５２をエッチングし、かつｐ型ＧａＡｓキャップ層４５を残す時間に設定するので、第２レーザ領域５１においては、ｎ型ＧａＡｓバッファ層５２がエッチングされ、第１レーザ構造形成段階において形成したｎ型ＧａＡｓバッファ層３３は、残る。
【００７１】
第２実施形態において前駆体形成工程は、第２レーザ構造形成段階が終了することによって終了し、次に狭窄部形成工程に移行する。狭窄部形成工程では、第１レーザ構造体４８および第２レーザ構造体４９に電圧が印加されたときに、電流が生じる範囲をそれぞれ限定することによって、第１レーザ構造体４８および第２レーザ構造体４９からの発光をコヒーレント放射とする。
【００７２】
狭窄部形成工程の開始後、Ａｌ２Ｏ３をマスクとして用い、たとえばフォトリソグラフィによってリッジストライプパターンを形成する。その後、第１レーザ用領域５０ではｐ型ＧａＡｓキャップ層４５と第２ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層とをエッチングによって削り、それらの一部を除去する。第２レーザ用領域５１では、ｐ型ＧａＡｓキャップ層６３と、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６２と、第２ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５８とをエッチングによって削り、それらの一部を除去する。
【００７３】
これによって、電圧が印加されたときに電流が生じる狭窄部６８となる範囲を、第１レーザ構造体４８および第２レーザ構造体４９においてそれぞれ限定し、形成することができる。エッチングした後には、リッジストライプ６６が突出した状態で形成される。本実施形態においてエッチングは、ウェットエッチングとする。その後、狭窄部形成工程は終了する。これによって前駆体１１の形成が終了し、前駆体１１に含まれる各層は、図Ｂ（ｅ）に示す状態となる。
【００７４】
次にＧａＡｓ層形成工程に移行し、第１実施形態と同様に、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層６９を１．９５μｍの厚みで形成する。この層の形成は、第１レーザ用領域５０および第２レーザ用領域５１を含む全領域において行われる。次に、保護層形成工程に移行し、第１実施形態と同様に、保護層６７を形成する。保護層６７の形成も、第１レーザ用領域５０および第２レーザ用領域５１を含む全領域において行われる。ＧａＡｓ層形成工程および保護層形成工程では、ＭＯＣＶＤ法を用い、ＧａＡｓ層形成工程と保護層形成工程とは、連続して行われる。ＧａＡｓ層形成工程および保護層形成工程が終了した状態を、図４Ｂ（ｆ）に示す。
【００７５】
次に不純物活性化工程に移行し、第１実施形態と同様のアニーリングを行うことによって、第１および第２レーザ構造体４９内の不純物を活性化する。次に保護層除去工程に移行し、第１実施形態と同様に、保護層６７の除去を行う。次に活性化終了後工程に移行し、狭窄部６８上にｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層６９の一部として突出して形成されるリッジストライプ６６を除去し、露出した表面上の狭窄部６８に対応する領域を含む領域に、ｐ側電極を形成する。第１レーザ構造体上には、第１レーザ構造体用ｐ側電極７１を、第２レーザ構造体上には、第２レーザ構造体用ｐ側電極７２を、形成する。ＧａＡｓ基板の裏面には、ｎ側電極７３を形成する。次に、個々の素子に分離する。その後、活性化終了後工程は、終了する。これによって、１チップ２波長ＡｌＧａＡｓ系/ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子が得られる。
【００７６】
第２実施形態においてＧａＡｓ層形成工程および保護層形成工程は、ＭＯＣＶＤ法によって行われる。ＭＯＣＶＤ法は、たとえばＭＢＥ法に比べて、形成される層の厚みを均一にすることができる。特に第２実施形態のように、１チップに２種類の波長の光を出射する複数のレーザ構造体を形成する場合には、被覆性のよいＭＯＣＶＤ法を用いて保護層６７を形成することによって、不連続な部分が形成されることを防止することができる。
【００７７】
第２実施形態では、第１実施形態に比べてエッチング処理の回数が多く、ＧａＡｓ基板上に凹凸および段差が多くなるけれども、ＭＯＣＶＤ法を用いて保護層６７を形成することによって、保護層６７を均一な厚みで形成することができる。したがって、保護層形成工程で形成される保護層６７が不連続に形成されることを防止できるので、不純物活性化工程においてＡｓ原子の散逸の防止を確実にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法の工程を表すフローチャートである。
【図２】本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法において、製造途中の段階における各層の断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態における前駆体形成工程の段階を表すフローチャートである。
【図４Ａ】本発明の第２実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法において、製造途中の段階における各層の断面図である。
【図４Ｂ】本発明の第２実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法において、製造途中の段階における各層の断面図である。
【図５】第１の従来技術に係る半導体レーザの断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０  半導体レーザ素子
１２  ＧａＡｓ基板
１３  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１４  ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層
１５  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１６  活性層
１７  第１ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１８  ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層
１９  第２ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
２１  ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
２２  ｐ型ＧａＡｓキャップ層
２３  保護層
２６  ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層
２８  ｐ側電極
２９  ｎ側電極
３２  ｎ型ＧａＡｓ基板
３３  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
３４  ｎ型ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓクラッド層
３６  ｎ型ＡｌｚＧａ（１−ｚ）Ａｓクラッド層
３８  ＡｌＧａＡｓ活性層
３９  ｐ型ＡｌｗＧａ（１−ｗ）Ａｓクラッド層
４２  ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層
４４  ｐ型ＡｌｖＧａ（１−ｖ）Ａｓクラッド層
４５  ｐ型ＧａＡｓキャップ層
５２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
５３  ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層
５４  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
５５  活性層
５６  第１ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
５７  ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層
５８  第２ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
６２  ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
６３  ｐ型ＧａＡｓキャップ層
６７  保護層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2010040606.tif 000007
【図５】
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