(57)【要約】【課題】埋込み層を安定して良好な形状に形成することが可能な半導体レーザ素子の製造方法および半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】絶縁層５１をマスクとした１回目のドライエッチングにより、第１の側壁２１を形成すると共に、第１の側壁２１に保護膜５２を形成する。絶縁層５１および保護膜５２をマスクとした２回目のドライエッチングにより、第２の側壁２２を形成する。絶縁層５１、保護膜５２および第２の側壁２２の上に誘電体膜を形成し、リフトオフにより、突条部２０の両側に、第２の側壁２２に接触すると共に第１の側壁２１とは離間した埋込み層を形成する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に、第１導電型クラッド層、活性層および第２導電型クラッド層を含む半導体積層構造を形成する工程と、
前記半導体積層構造の上面に絶縁層を形成し、前記絶縁層をマスクとしたエッチングにより第１の側壁を形成すると共に前記第１の側壁に保護膜を形成する工程と、
前記絶縁層および前記保護膜をマスクとしたエッチングにより、前記第１の側壁とは不連続な形状の第２の側壁を形成する工程と、
前記絶縁層、前記保護膜および前記第２の側壁の上に、誘電体膜を形成する工程と、
前記誘電体膜のうち前記絶縁層の上面および側面を覆う部分を前記絶縁層と共にリフトオフすることにより、前記突条部の両側に、前記第２の側壁に接触すると共に前記第１の側壁とは離間した埋込み層を形成する工程と
を含む半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１の側壁を形成する工程と、前記第２の側壁を形成する工程との間に、前記基板を大気中に出す工程を含む
請求項１記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１の側壁を形成する工程と、前記第２の側壁を形成する工程との間に、前記第１の側壁に付着した塩素系堆積物を除去する工程を含む
請求項２記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項４】
前記埋込み層を形成する工程において、前記保護膜を前記絶縁層と共にリフトオフすることにより、前記埋込み層と前記第１の側壁との間にエアギャップを形成する
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項５】
基板と、
前記基板に形成され、第１導電型クラッド層、活性層および第２導電型クラッド層を含む半導体積層構造と、
前記半導体積層構造の上面の側から順に、第１の側壁と、前記第１の側壁とは不連続な形状の第２の側壁とを含む側面を有する突条部と、
前記突条部の両側に形成され、前記第２の側壁に接触すると共に前記第１の側壁とは離間した誘電体よりなる埋込み層と
を備えた半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記埋込み層と前記第１の側壁との間にエアギャップを有する
請求項５記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にリッジ型半導体レーザに好適な半導体レーザ素子の製造方法および半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、活性層の電流注入領域に対応してｐ側コンタクト層およびｐ型クラッド層に帯状の突条部（リッジ）を形成することにより電流狭窄するリッジ型半導体レーザが知られている。通常、リッジ型半導体レーザでは、突条部の両側に誘電体よりなる埋込み層を形成することで光閉じ込めを行っている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２７０７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような埋込み層を用いた光閉じ込めは、埋込み層の厚みや密着状態、応力に影響を受けるので制御が困難であった。そのため、埋込み層を安定的に形成することが可能な素子構造や製造方法の確立が望まれていた。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、埋込み層を安定して良好な形状に形成することが可能な半導体レーザ素子の製造方法および半導体レーザ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による半導体レーザ素子の製造方法は、以下の（Ａ）〜（Ｅ）の工程を含むものである。
（Ａ）基板に、第１導電型クラッド層、活性層および第２導電型クラッド層を含む半導体積層構造を形成する工程
（Ｂ）半導体積層構造の上面に絶縁層を形成し、絶縁層をマスクとしたエッチングにより第１の側壁を形成すると共に第１の側壁に保護膜を形成する工程
（Ｃ）絶縁層および保護膜をマスクとしたエッチングにより、第１の側壁とは不連続な形状の第２の側壁を形成する工程
（Ｄ）絶縁層、保護膜および第２の側壁の上に、誘電体膜を形成する工程
（Ｅ）誘電体膜のうち絶縁層の上面および側面を覆う部分を絶縁層と共にリフトオフすることにより、突条部の両側に、第２の側壁に接触すると共に第１の側壁とは離間した埋込み層を形成する工程
【０００７】
本発明による半導体レーザ素子は、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の構成要件を備えたものである。
（Ａ）基板
（Ｂ）基板に形成され、第１導電型クラッド層、活性層および第２導電型クラッド層を含む半導体積層構造
（Ｃ）半導体積層構造の上面の側から順に、第１の側壁と、第１の側壁とは不連続な形状の第２の側壁とを含む側面を有する突条部と、
（Ｄ）突条部の両側に形成され、第２の側壁に接触すると共に第１の側壁とは離間した誘電体よりなる埋込み層
【０００８】
この半導体レーザ素子では、突条部の側面に第１の側壁および第２の側壁が形成されており、埋込み層は第２の側壁に接触すると共に第１の側壁とは離間しているので、埋込み層と第２の側壁との密着状態が向上すると共に、埋込み層の第１の側壁から離間している部分の応力が緩和される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、絶縁層をマスクとして第１の側壁を形成すると共に第１の側壁に保護膜を形成し、この保護膜をマスクとして用いることにより第２の側壁を形成し、埋込み層を第２の側壁に接触させると共に第１の側壁とは離間させるようにしたので、埋込み層を安定して良好な形状に形成することが可能となる。
【００１０】
本発明の半導体レーザ素子によれば、突条部の側面に第１の側壁および第２の側壁を形成し、埋込み層を第２の側壁に接触させると共に第１の側壁とは離間させるようにしたので、埋込み層の形状を良好なものにすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ素子の構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した突条部の側面形状の変形例を表す断面図である。
【図３】図１に示した半導体レーザ素子の製造方法を工程順に表す断面図である。
【図４】図３に続く工程を表す断面図である。
【図５】図４に続く工程を表す断面図である。
【図６】図５に続く工程を表す断面図である。
【図７】従来の製造方法の問題点を説明するための断面図である。
【図８】図６に続く工程を表す断面図である。
【図９】図８に続く工程を表す断面図である。
【図１０】従来の製造方法の他の問題点を説明するための断面図である。
【図１１】従来の製造方法の更に他の問題点を説明するための断面図である。
【図１２】図９に続く工程を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面構成を表したものである。この半導体レーザ素子１は、例えば、パーソナルコンピュータや家庭用ゲーム機などのＢＤ記録および再生用レーザとして用いられる発振波長約５００ｎｍ以下、例えば４００ｎｍ前後の青・青紫半導体レーザ素子である。半導体レーザ素子１は、例えば、ＧａＮよりなる基板１１の一面側に、ｎ型クラッド層１２，ｎ側ガイド層１３，活性層１４，ｐ側ガイド層１５，電子障壁層１６，ｐ型クラッド層１７およびｐ側コンタクト層１８がこの順に積層された半導体積層構造１０を有している。ｐ側コンタクト層１８およびｐ型クラッド層１７には、電流狭窄をするため帯状の突条部２０が形成されており、突条部２０に対応する活性層１４の領域が発光領域となっている。突条部２０の両側には、誘電体よりなる埋込み層３０が形成されている。埋込み層３０およびｐ側コンタクト層１８の上にはｐ側電極４１が形成されている一方、基板１１の裏面には、ｎ側電極４２が形成されている。
【００１４】
基板１１は、例えば、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）を添加したｎ型ＧａＮにより構成されている。ｎ型クラッド層１２は、例えば、積層方向における厚さ（以下、単に厚さという。）が２．５μｍ〜２．６μｍであり、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）を添加したｎ型ＡｌＧａＮ混晶により構成されている。
【００１５】
ｎ側ガイド層１３は、例えば、厚さが０．２１μｍであり、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）を添加したｎ型ＧａＮにより構成されている。活性層１４は、例えば、厚さが０．０５６μｍであり、組成の異なるＩｎｘ Ｇａ１−ｘ Ｎ（但し、ｘ≧０）混晶によりそれぞれ形成された井戸層と障壁層との多重量子井戸構造を有している。ｐ側ガイド層１５は、例えば、厚さが０．１９μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加したｐ型ＧａＮにより構成されている。
【００１６】
電子障壁層１６は、例えば、厚さが０．０２μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加したｐ型ＡｌＧａＮ混晶により構成されている。ｐ型クラッド層１７は、例えば、厚さが０．３８μｍであり、ＡｌＧａＮ混晶層とｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加したｐ型ＧａＮ層との超格子構造を有している。ｐ側コンタクト層１８は、例えば、厚さが０．１０μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加したｐ型ＧａＮにより構成されている。
【００１７】
突条部２０の両側の側面は、例えば、半導体積層構造１０の上面１０Ａすなわちｐ側コンタクト層１８の上面の側から順に、第１の側壁２１と、この第１の側壁２１とは不連続な形状の第２の側壁２２とを含む二段形状を有している。埋込み層３０は、第２の側壁２２に接触すると共に第１の側壁２１とは離間している。これにより、この半導体レーザ素子１では、埋込み層３０の形状を良好なものにすることが可能となっている。
【００１８】
ここにいう「不連続な形状」とは、第１の側壁２１および第２の側壁２２が、例えば図１に示したように中継部分２３を介して階段状（段差状）をなしている場合と、例えば図２に示したように中継部分２３がない折れ線状をなしている場合とを含む。図１に示した中継部分２３は、後述する製造工程において第１の側壁２１と同時に形成されるものであり、第１の側壁２１の傾斜面からなだらかに続く平坦面またはほぼ平坦面となっている。この場合、第１の側壁２１および第２の側壁２２の上面１０Ａに対する傾斜角θ１、θ２は、同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。図２では、第１の側壁２１および第２の側壁２２は、上面１０Ａに対する傾斜角θ１、θ２が互いに異なる傾斜面となっている。
【００１９】
埋込み層３０は、横モードの制御を行うためのものであり、ＺｒＯ2，Ｎｂ2Ｏ5，ＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5，ＳｉＮ，ＡｌＮ，ＨｆＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＺｎＯなどの高屈折率を有する誘電体材料により構成されている。埋込み層３０と第１の側壁２１との間には、エアギャップ３１が形成されていることが好ましい。埋込み層３０の第１の側壁２１から離間している部分の応力を緩和し、半導体レーザ素子１の信頼性を高めることが可能となるからである。また、エアギャップ３１は、突条部２０内の光閉じ込めに対しても有効である。
【００２０】
ｐ側電極４１は、例えば、ｐ側コンタクト層１８の側からパラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）が順次積層された構造を有しており、ｐ側コンタクト層１８と電気的に接続されている。ｎ側電極４２は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）が順次積層された構造を有しており、基板１１を介してｎ型クラッド層１２と電気的に接続されている。
【００２１】
なお、この半導体レーザ素子１では、例えば突条部２０の長さ方向において対向する一対の側面が共振器端面となっており、この一対の共振器端面に図示しない一対の反射鏡膜がそれぞれ形成されている。これら一対の反射鏡膜のうち一方の反射鏡膜の反射率は低くなるように、他方の反射鏡膜の反射率は高くなるようにそれぞれ調整されている。これにより、活性層１４において発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、一方の反射鏡膜からレーザビームとして出射するようになっている。
【００２２】
この半導体レーザ素子１は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００２３】
まず、例えば、図３に示したように、ＧａＮよりなる基板１１を用意し、この基板１１の表面に、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により、上述した材料よりなるｎ型クラッド層１２，ｎ側ガイド層１３，活性層１４，ｐ側ガイド層１５，電子障壁層１６，ｐ型クラッド層１７，ｐ側コンタクト層１８を成長させる。
【００２４】
次いで、同じく図３に示したように、ｐ側コンタクト層１８上に、エッチング用のマスクとして例えばＳｉＯ2よりなる絶縁層５１を形成する。絶縁層５１の材料としては、必ずしもＳｉＯ2を用いる必要はなく、ＧａＮとの選択比が十分に大きい材料であればよい。例えば、ＳｉＮ，レジストでもよいし、パラジウム，白金，ニッケル，金，チタン，タングステン，銅，銀，亜鉛，インジウム，アルミニウム，イリジウム等の金属または合金よりなる単層膜または積層膜を用いてもよい。
【００２５】
続いて、図４に示したように、絶縁層５１をマスクとした１回目のドライエッチングにより、第１の側壁２１を形成すると共に、第１の側壁２１に保護膜５２を形成する。保護膜５２は、エッチングにより除去された絶縁層５１などの成分が、酸化物として第１の側壁２１に堆積したものであり、主成分はケイ素（Ｓｉ）および酸素（Ｏ）などとなっている。この保護膜５２の厚みを制御することにより、エアギャップ３１の大きさを制御することが可能である。よって、保護膜５２の厚みおよびｐ側コンタクト層１８のＧａＮエッチング量を制御することで、突条部２０の側面形状およびエアギャップ３１の形状を制御することが可能である。なお、中継部分２３の有無や形状についても、第１の側壁２１のエッチング条件の調整により制御することが可能である。
【００２６】
エッチング方法および条件としては、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）方式を用い、Ｃｌ2ガス流量は５〜２００ｓｃｃｍ、ＳｉＣｌ4ガス流量は３〜５０ｓｃｃｍ、バイアスパワーは５〜１００Ｗ、アンテナパワーは１００〜３００Ｗ、圧力は０．５〜１０Ｐａ、温度は０〜７０℃程度とすることが好ましい。具体的には、Ｃｌ2：５０ｓｃｃｍ、ＳｉＣｌ4：１０ｓｃｃｍ、バイアス６０Ｗ、アンテナ１２５Ｗ、圧力３．５Ｐａ、温度２０℃とすることができる。なお、エッチング方法および条件は、第１の側壁２１に想定した厚さの保護膜５２を形成することができれば特に限定されるものではない。例えば、電子サイクロトロン共鳴方式（ＥＣＲ）のリモートプラズマ法エッチングなど、他の方式のエッチングでもよい。また、Ｃｌ2，ＣＣｌ4，ＳｉＣｌ4および／またはＢＣｌ3などのような塩素系のガスを用い、かつＡｒガスを含めて処理してもよい。
【００２７】
第１の側壁２１を形成したのち、第２の側壁２２を形成する前に、半導体積層構造１０および第１の側壁２１を形成した基板１１を、大気中に出す。これにより、大気中の酸素との反応が起こり、保護膜５２が安定し、第２の側壁２２を形成するための２回目のドライエッチングの際に安定してマスクとしての機能を有するようになる。
【００２８】
また、第１の側壁２１を形成したのち、第２の側壁２２を形成する前に、図５に示したように、例えば洗浄処理により、第１の側壁２１に付着した塩素系堆積物５３を除去することが好ましい。塩素系堆積物５３が付着した状態で２回目のドライエッチングが行われた場合、塩素系堆積物５３が不要なマスクとなり、望ましい段差形状を形成できないおそれがあるからである。塩素系堆積物５３を除去するための洗浄処理としては、水洗処理，温水処理またはアセトン処理などが挙げられる。
【００２９】
続いて、図６に示したように、絶縁層５１および保護膜５２をマスクとした２回目のドライエッチングにより、第２の側壁２２を形成する。このとき、第１の側壁２１には保護膜５２が形成されているので、この保護膜５２により第１の側壁２１が保護され、第１の側壁２１の下端に、図７に示したようなトレンチング２４等の形状不良が発生することがなく、滑らかな形状となる。なお、トレンチング２４などの形状不良は、ＥＳＤ（electrostatic discharge；静電気放電）耐性の低下、初期特性変動や通電劣化を引き起こす等、不良の原因となってしまうものである。ここでは、保護膜５２をマスクとして第２の側壁２２のエッチングを行うようにしたので、第１の側壁２１のトレンチングなどの形状不良を抑え、特性の低下を抑えることが可能となる。
【００３０】
第２の側壁２２を形成するための２回目のドライエッチングの方法および条件は、第１の側壁２１と同じ方法および条件とすることも可能であるし、異なる方法および条件としてもよい。例えば、２回目のドライエッチングは、１回目よりもバイアスパワーを下げる等、より低レートの条件でエッチングすることが望ましい。バイアスパワーが高いような高レートの条件で仕上げると、ドライエッチングの際にＧａＮに強いダメージが残り、寿命劣化等の問題を引き起こすおそれがあるからである。
【００３１】
第２の側壁２２を形成したのち、図８に示したように、絶縁層５１、保護膜５２および第２の側壁２２の上に、上述した材料よりなる埋込み層３０を形成するための誘電体膜３０Ａを形成する。
【００３２】
続いて、図９に示したように、誘電体膜３０Ａのうち絶縁層５１の上面および側面を覆う部分を絶縁層５１と共にリフトオフする。これにより、突条部２０の両側に、第２の側壁２２に接触すると共に第１の側壁２１とは離間した埋込み層３０を形成する。このとき、保護膜５２も絶縁層５１と共にリフトオフされるので、埋込み層３０と第１の側壁２１との間にエアギャップ３１が形成される。
【００３３】
ここでは、第１の側壁２１のみに保護膜５２を形成することにより、第１の側壁２１と第２の側壁との二段形状を形成し、埋込み層３０を第２の側壁２２に接触させると共に第１の側壁２１とは離間させるようにしている。埋込み層３０を第２の側壁２２に接触させることにより、埋込み層３０と第２の側壁２２との密着状態を向上させ、リフトオフや洗浄処理などで使用する薬液のしみ込みによる埋込み層３０の剥離を抑えることができる。また、埋込み層３０を第１の側壁２１とは離間させることにより、リフトオフ後の埋込み層３０に形状不良が生じることを抑えることができ、埋込み層３０を安定して良好な形状に形成することが可能となる。
【００３４】
これに対して、図１０（Ａ）に示したように、保護膜５２を形成することなく突条部２０を形成した場合、誘電体膜３０Ａと突条部２０の側面全体とが密着した状態となる。そのため、図１０（Ｂ）に示したように、リフトオフ後に、埋込み層３０が角３２のように突出する形状不良が発生するおそれがある。このように埋込み層３０の形状が不安定になると、その後のｐ側電極４１の成膜も不可能となり、半導体レーザ素子１を形成することができなくなってしまう。また、突条部２０の側面と誘電体膜３０Ａとが密着してしまうので、エアギャップ３１を形成することもできなくなってしまう。
【００３５】
一方、図１１（Ａ）に示したように、保護膜５２を突条部２０の側面全体に形成した場合、誘電体膜３０Ａと突条部２０との密着状態が悪くなる。そのため、図１１（Ｂ）に示したように、リフトオフにより埋込み層３０を形成する際に、図１１（Ｃ）に示したように、薬液３３が埋込み層３０と突条部２０との間に入り込み、埋込み層３０が剥離してしまうおそれがある。
【００３６】
リフトオフにより埋込み層３０を形成したのち、図１２に示したように、埋込み層３０およびｐ側コンタクト層１８の上にｐ側電極４１を形成する。更に、基板１１の裏面側を例えばラッピングおよびポリッシングして基板１１の厚さを例えば１００μｍ程度としたのち、基板１１の裏面にｎ側電極４２を形成する。そののち、基板１１を所定の大きさに整え、対向する一対の共振器端面に図示しない反射鏡膜を形成する。以上により、図１に示した半導体レーザ素子１が完成する。
【００３７】
この半導体レーザ素子１では、ｎ側電極４２とｐ側電極４１との間に所定の電圧が印加されると、活性層１４に電流が注入されて、電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、一対の反射鏡膜により反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。ここでは、突条部２０の側面が、第１の側壁２１および第２の側壁２２を含む二段形状を有しており、埋込み層３０は、第２の側壁２２に接触すると共に第１の側壁２１とは離間しているので、埋込み層３０の形状が良好になっている。よって、ＥＳＤ耐性の低下、初期特性変動、通電劣化などが抑えられ、信頼性が向上する。
【００３８】
このように本実施の形態では、絶縁層５１をマスクとして第１の側壁２１を形成すると共に第１の側壁２１に保護膜５２を形成し、この保護膜５２をマスクとして第２の側壁２２を形成し、埋込み層３０を第２の側壁２２に接触させると共に第１の側壁２１とは離間させるようにしたので、埋込み層３０を安定して良好な形状に形成することが可能となる。
【００３９】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚さ、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚さとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。例えば、上記実施の形態では、ｎ型クラッド層１２ないしｐ側コンタクト層１８をＭＯＣＶＤ法により形成する場合について説明したが、ＭＯＶＰＥ法等の他の有機金属気相成長法により形成してもよく、あるいは、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタキシー）法等を用いてもよい。
【００４０】
加えて、例えば、上記実施の形態では、半導体レーザ素子の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を更に備えていてもよい。
【００４１】
更にまた、本発明は、上記実施の形態で説明したようなＩＩＩ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）とＶ族元素のうちの少なくとも窒素（Ｎ）とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成された青・青紫半導体レーザに限らず、より高出力のものや他の発振波長または他の材料系のものにも適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１１…基板、１２…ｎ型クラッド層、１３…ｎ側ガイド層、１４…活性層、１５…ｐ側ガイド層、１６…電子障壁層、１７…ｐ型クラッド層、１８…ｐ側コンタクト層、２０…突条部、３０…埋め込み層、４１…ｐ側電極、４２…ｎ側電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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