(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に積層して形成された、光を発生する活性層、第１の半導体クラッド層、第２の半導体クラッド層および第３の半導体クラッド層を少なくとも具備し、少なくとも上記第１の半導体クラッド層と上記第２の半導体クラッド層の間および上記第２の半導体クラッド層と上記第３の半導体クラッド層の間には、上記半導体クラッド層よりもエッチ液に対する溶解速度が小さい層が、それぞれ介在しており、さらに、
上記第２の半導体クラッド層および第３の半導体クラッド層によってリッジが形成されており、上記第２の半導体クラッド層と上記第３のクラッド層の側面の傾斜が互いに異なることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
上記第１の半導体クラッド層と第２の半導体クラッド層の間に形成された上記エッチ液に対する溶解速度が小さい層は、上記リッジ内に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
上記第１の半導体クラッド層と第２の半導体クラッド層の間に形成された上記エッチ液に対する溶解速度が小さい層は、上記リッジの下に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
上記第１の半導体クラッド層、上記第２の半導体クラッド層および上記第３の半導体クラッド層は、それぞれＧａＡｓに格子整合する組成比を有するＩｎＧａＰからなり、上記クラッド層よりもエッチング速度が小さい層は、ＧａＡｓに格子整合する組成比を有するＩｎＧａＡｓＰ若しくはＧａＡｓからなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
上記第１の半導体クラッド層、上記第２の半導体クラッド層および上記第３の半導体クラッド層は、それぞれＡｌＧａＡｓからなり、上記クラッド層よりもエッチング速度が小さい層は、上記第１の半導体クラッド層、上記第２の半導体クラッド層および上記第３のクラッド層とは組成比が異なるＡｌＧａＡｓ若しくはＧａＡｓからなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
上記半導体基板の面方位は、（００１）若しくは（００１）からの傾斜が１５度以内であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
上記リッジの側面が（１１１）Ａ面および（１１１）Ｂ面から構成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
上記リッジの外側は、半導体によって埋め込まれていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
化合物半導体基板上に、活性層、化合物半導体からなる第１の半導体クラッド層、上記半導体クラッド層よりエッチング液に対するエッチング速度が小さい層、化合物半導体からなる第２の半導体クラッド層、上記半導体クラッド層よりエッチング液に対するエッチング速度が小さい層および化合物半導体からなる第３の半導体クラッド層を順次積層して形成する工程と、リッジを形成すべき部分をマスクで覆い、上記第３の半導体クラッド層の露出された部分をエッチして除去する工程と、上記半導体クラッド層よりエッチング速度が小さい層の露出された部分をエッチして除去する工程と、上記第２の半導体クラッド層の露出された部分をエッチして除去する工程を少なくとも含み、上記第３の半導体クラッド層と上記第２の半導体クラッド層を、互いに異なるエッチング条件でエッチングすることにより、上記第３の半導体クラッド層と上記第２の半導体クラッド層の側面を、面方位が互いに異なる面とすることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１０】
上記第２の半導体クラッド層の露出された部分を除去する工程の後に、上記半導体クラッド層よりエッチング速度が小さい層の露出された部分をエッチして除去することによって上記第１の半導体クラッド層の表面の一部を露出させる工程が付加されることを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１１】
上記第２の半導体クラッド層の露出された部分を除去する工程は、上記第３の半導体クラッド層の露出された部分を除去する工程より、エッチング量が少ない条件で行われることを特徴とする請求項９若しくは１０に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１２】
上記第２の半導体クラッド層の露出された部分を除去する工程および上記第３の半導体クラッド層の露出された部分を除去する工程は、同じ種類のエッチング液を用いて行われ、上記第３の半導体クラッド層は上記第２の半導体クラッド層より長時間エッチングされることを特徴とする請求項１１に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１３】
上記半導体クラッド層よりエッチング速度が小さい層は、上記第２の半導体クラッド層および上記第３の半導体クラッド層をエッチングするのに用いられたエッチング液とは異なるエッチング液によってエッチングされることを特徴とする請求項９若しくは１２のいずれか一に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザ装置およびその製造方法に関し、詳しくは、光通信システムにおける希土類添加光ファイバ増幅器の励起光源として特に好適な、リッジ部を有する半導体レーザ装置およびこのような半導体レーザ装置を、高い精度で容易に製造することができる半導体レーザ装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、現在、希土類添加光ファイバ増幅器励起用光源として、リッジ導波型０．９８μm帯半導体レーザが、活発に研究されている。このレーザのリッジは、例えば１９９３年春期第４０回応用物理学関係連合講演会講演予稿集（３１ｐ−Ｃ−１１）に記載されているように、側壁が（１１１）Ａおよび（１１１）Ｂ面から構成されている。
【０００３】
このような形状の側面が用いられた理由を下記に示す。すなわち、このレーザの断面構造を模式的に図３に示したが、リッジ７の最も基板１側における幅ａ（以下リッジ幅と記す）が、キンク発生光出力や信頼性など、デバイス特性を決定する重要なパラメータになるため、リッジ幅ａを精密に制御することが必要である。リッジ７の高さは、リッジ７を形成する際のエッチングが、リッジ７の基板１側に接して設けられたエッチストップ層６で停止されるため、リッジ７を構成する半導体層の膜厚で決まる。
【０００４】
そのため、図３（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示したように、リッジ７の側面をすべて（１１１）Ａ面または（１１１）Ｂ面にすると、リッジ幅ａは、リッジ７を形成する際に用いたマスクの幅ｐによって制御できる。しかし、図３(ａ)に示したように、リッジ７の側面をすべて（１１１）Ａ面にすると、リッジ７の下端近傍のＣ部における半導体電流狭窄層１１の結晶性が不良になって、高い信頼性が得られなくなる。これは、電流狭窄層１１が、ポリイミドなど半導体以外のものから構成されている場合も同じである。
【０００５】
また、図３（ｂ）に示したように、リッジ７の側面をすべて（１１１）Ｂ面にした場合は、リッジ７の上部の幅ｐが、上記図３（ａ）に示した場合より狭くなり、素子の直列抵抗が増大してしまう。
そのため、リッジ７の側面を、図３（ｃ）に示したように（１１１）Ａ面および（１１１）Ｂ面の両面を有する形状とするのが最も良いとされ、上記従来技術においても、このような形状のリッジが用いられた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
（１１１）Ａ面および（１１１）Ｂ面によってリッジの側面が構成された上記従来構造の場合は、図３（ｃ）に示したように、リッジ幅ａは、リッジ７の下端部から、（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面の接続部までの距離ｒで決定される。従来は、この距離ｒは、エッチングの時間を制御することによってで制御されていた。
【０００７】
しかし、この方法では、エッチレートの時間や試料の大きさの違いによって生ずる変動によって、リッジ幅ａが変動し、例えば、リッジ７を構成する膜の膜厚ｓが１.５μｍの場合、リッジ幅の最大のバラツキは２μｍ程度になってしまうことがあり、変動は極めて大きかった。
【０００８】
上記のように、リッジ幅ａによってキンク発生、光出力および信頼性などのデバイス特性が決定されるにもかかわらず、リッジ幅ａの変動が多きいため、所定の素子特性が得られるる歩留まりは低く、５０％以下にすぎなかった。
【０００９】
本発明の目的は、キンク発生がなく、光出力および信頼性などがすぐれた半導体レー装置およびその製造方法を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、上記従来の問題を解決し、所定の特性を高い歩留で得ることができる半導体レーザ装置およびその製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、半導体基板上に形成された、光を発生する活性層、光を閉じ込める半導体クラッド層および発生した光からレーザ光を得るための共振器構造を有するリッジ部を有する半導体レーザ装置において、上記活性層上に積層して形成された、リッジを構成する複数の半導体クラッド層の間に、エッチ液に対するエッチング速度が半導体クラッド層のエッチング速度より小さいエッチングストッパ層を介在させるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図４を用いて説明する。図４は、リッジを形成した後、電流狭窄層を成長させる前の段階における断面構造を示し、基板３５の面方位は（００１）、リッジのストライプは〔１１０〕方向である。また、リッジ内の２枚のクラッド３７、３９の間およびクラッド層３７の基板３５側に隣接して、上記クラッド層３７、３９よりもエッチング速度が遅い層（以下これをエッチングストップ層と記す）３８、３６がそれぞれ形成されている。
【００１３】
ウエットエッチングによってリッジを形成する場合は、安定面が側壁として現れるため、上方のクラッド層３９のエッチングを行うと、まず準安定な（１１１）Ｂ面が側壁として現れ、さらにエッチングを続けて十分にエッチングを行なうと、安定な（１１１）Ａ面が側壁として現われる。したがって、エッチングストップ層３８上のクラッド層３９をエッチングした後、エッチングを続けてエッチングストップ層３８を除去し、さらに下部のクラッド層３７を短時間エッチングして除去すると、図４に示したように、エッチングストップ層３８の上部のリッジの側面は（１１１）Ａ面になり、下部のリッジ側面は（１１１）Ｂ面になる。
【００１４】
この場合、図４に示したように、リッジを形成するために用いるマスク４０の幅をｐ、マスク４０とエッチングストップ層３８の間の距離をｑとすると、（００１）面と（１１１）面の成す角度が約５５度であるから、リッジ幅ａは、下記式（１）のように表わすことができる。
【００１５】
0003651984.tif 000002
すなわち、リッジ幅ａは、マスク幅ｐ、マスクとエッチングストップ層の間の距離ｑ、エッチングストップ層とリッジ下端の間の距離ｒで決まる。ｑとｒの精度は結晶成長の膜厚の制御性によって定まるため２％以内であり、マスク幅ｐも５％以内で制御できる。そのため、本発明におけるリッジ幅ａの精度は数％以内であり、リッジを構成する層全体の膜厚ｓを例えば１.５μｍとした場合の、リッジ幅のバラツキは０.２μｍ以内に低減され、素子の歩留まりはほぼ１００％に向上する。
【００１６】
上記リッジ内の、上下のクラッド層３７、３９の間に、クラッド層よりもエッチング速度の低いエッチングストッパ層３８を少なくとも１層介在させることによって、上方の上記クラッド層３９を、下方のクラッド層３７より十分長い時間エッチングするのは極めて容易である。
【００１７】
また、上記リッジを構成する下方のクラッド層３７よりもエッチング速度の低いエッチングストッパ層３６は、リッジ部の基板３５側に、リッジの下部に隣接して形成するか、あるいは、上記リッジ層内の最も基板側に、リッジを構成するクラッド層に隣３７接してそれぞれ形成することができる。
【００１８】
上記クラッド層３７、３９として、ＧａＡsに格子整合する組成比を有するＩｎＧａＰ層を用い、上記エッチングストッパ層３６、３８としては、ＧａＡsに格子整合する組成比を有するＩｎＧａＡsＰ層またはＧａＡs層を用いることができる。
【００１９】
上記クラッド層３７、３９としてＡlＧａＡs層を用い、上記エッチングストッパ層３６、３８としては、上記クラッド層３７、３９と組成比の異なるＡlＧａＡs層またはＧａＡs層を用いてもよい。
【００２０】
上記基板の面方位を（００１）、リッジのストライプ方向〔１１０〕方向とし、リッジの側壁を（１１１）Ａおよび（１１１）Ｂ面から構成することができる。
また、図１に示したように、上記リッジを例えばＩｎＧａＰ１１などの半導体で埋め込むこともできる。
【００２１】
【実施例】
〈実施例１〉
本発明の第１の実施例を図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本実施例の断面構造を示し、図１（ｂ）は活性層４を拡大した図である。
まず、本実施例の半導体レーザ装置の作製方法を説明する。
図１（ａ）、（ｂ）に示したように、ｎ−ＧａＡｓ（００１）基板１上に、ＧａＡｓバッファ層２、上記ＧａＡｓ基板１に格子整合するｎ−ＩｎＧａＰクラッド層３（厚さ１．５μｍ）、Ｉｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y障壁層１５、１７（ｘ＝０．８２、ｙ＝０．６３、厚さ３５ｎｍ）とＩｎzＧａ1-zＡｓ歪量子井戸層（ｚ＝０．１６、井戸層厚７ｎｍ）１６からなる歪量子井戸活性層４、上記ＧａＡｓ基板１に格子整合するｐ−ＩｎＧａＰクラッド層（厚さ０．２５μｍ）５、ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層（厚さ５ｎｍ）６、上記ＧａＡｓに格子整合するｐ−ＩｎＧａＰクラッド層（厚さ０．６５μｍ）７、ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層（厚さ３ｎｍ）８、ＧａＡｓに格子整合したｐ−ＩｎＧａＰクラッド層（厚さ０．６５μｍ）９、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１０を、それぞれＭＯＣＶＤ法またはガスソースＭＢＥ法を用いて順次形成した。
【００２２】
周知のＣＶＤとホトエッチングを用いて、酸化膜（酸化シリコン膜）ストライプ（図示せず）を、〔１１０〕方向に形成した。次に、上記ｐ−ＧａＡｓキャップ層１０の露出された部分を硫酸系のエッチング液で除去した後、上記ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層９の露出された部分を、濃塩酸によって１０分間エッチングして除去して、安定な（１１１）Ａ面からなる側壁を形成した。
【００２３】
次に、硫酸系エッチング液によって、上記ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層８の露出部分ををエッチングして除去した後、上記ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層７の露出部分を、濃塩酸によって１分間エッチングして除去した。この際のエッチング時間は、上記ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層９のエッチ時間よりはるかに短いため、上記ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層７には、（１１１）Ｂ面からなる側壁が形成された。
【００２４】
さらに、上記ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層６の露出部分を、硫酸系のエッチング液で除去してリッジを形成した後、エッチングマスクとして用いた上記酸化膜ストライプを選択成長のマスクとして用い、周知のＭＯＣＶＤ法によってｎ−ＩｎＧａＰ電流狭窄層１１を選択成長させて、図１（ａ）に示す構造を形成した。
【００２５】
成長炉からウエハを取り出し、エッチングおよび選択成長のマスクとして用いた上記酸化膜ストライプををエッチングして除去した。
【００２６】
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２を、周知のＭＯＣＶＤ法またはガスソースＭＢＥ法により形成し、さらに、ｐ側電極１３およびｎ側電極１４を形成した後、周知の劈開法によって共振器長約９００μｍのレーザ素子を得た。この後、厚さλ／４（λ：発振波長）のＳｉＯ2膜からなる低反射膜（図示せず）を素子の前面に形成し、素子の後面には、ＳｉＯ2とａ−Ｓｉの４層膜からなる高反射膜（図示せず）を形成した。
【００２７】
次に、得られた素子を、接合面を下にしてヒートシンク上にボンディングした。本実施例において形成された素子のリッジ幅ａは３μｍで、設計値にほぼ等しく、全素子は、しきい値電流約１０ｍＡで室温連続発振し、その発振波長は約９８０ｎｍであり、４００ｍＷまで安定に横単一モード発振した。このように素子特性の歩留まりはほぼ１００％であった。また、ヒートシンクの温度を９０℃まで上げても、温度上昇による素子特性の顕著な劣化は認められず、３００ｍＷ以上の光出力が得られた。また、３０個の素子について、環境温度８０℃の条件下で１００ｍＷ定光出力連続駆動させたところ、初期駆動電流は約１４０ｍＡであり、すべての素子が１０万時間以上安定に動作することが確認された。
【００２８】
〈実施例２〉
本発明の第２の実施例を図２を用いて説明する。図２（ａ）は、本実施例の断面構造を示し、図２（ｂ）は、活性層２１を拡大して示した断面図である。
【００２９】
図２（ａ）に示したように、ｎ−ＧａＡｓ（００１）基板１８上にＧａＡｓバッファ層１９、ｎ−Ａｌ1-xＧａxＡｓクラッド層（ｘ＝０．５２、厚さ１．５μｍ）２０を形成し、その上に、ＧａＡｓ障壁層（厚さ２０ｎｍ）３２、３４とＩｎzＧａ1-zＡｓ歪量子井戸層（ｚ＝０．１６、厚さ７ｎｍ）３３からなる歪量子井戸活性層２１、ｐ−Ａｌ1-xＧａxＡｓクラッド層（ｘ＝０．５２、厚さ０．２５μｍ）２２、ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層（厚さ１０ｎｍ）２３、ｐ−Ａｌ1-xＧａxＡｓクラッド層（ｘ＝０．５２、クラッド層厚０．６５μｍ）２４、ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層（厚さ１０ｎｍ）２５、ｐ−Ａｌ1-xＧａxＡｓクラッド層（ｘ＝０．５２、厚さ０．６５μｍ）２６およびｐ−ＧａＡｓキャップ層２７を周知のＭＯＣＶＤ法またはガスソースＭＢＥ法を用いて順次積層して形成した。
【００３０】
次に、酸化シリコン膜からなる酸化膜ストライプ（図示せず）を、周知のＣＶＤとホトエッチングによって〔１１０〕方向に形成した。
【００３１】
アンモニア水と過酸化水素水と水との混合液をエッチ液として用い、上記ｐ−ＧａＡｓキャップ層２７の露出部分をエッチングして除去した後、煮沸した塩酸を用いて、上記ｐ−Ａｌ1-xＧａxＡｓクラッド層２６の露出部分を、側面が（１１１）Ａ面になるまで、十分にエッチングした。次に、上記ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層２５の露出部分を、アンモニア水と過酸化水素水と水との混合液によってエッチングした後、さらに上記ｐ−Ａｌ1-xＧａxＡｓクラッド層２４の露出部分を、当該ｐ−Ａｌ1-xＧａxＡｓクラッド層２４の側面が（１１１）Ｂ面になるまで、煮沸した塩酸によってエッチングした。
【００３２】
このようにしてリッジを形成した後、エッチングマスクとして用いた上記酸化膜ストライプを選択成長のマスクとして用いて、図２（ａ）に示したように、ｎ−Ａｌ1-xＧａxＡｓ（ｘ＝０．７）電流狭窄層２８を、周知のＭＯＣＶＤ法によって選択成長させた。
【００３３】
成長炉からウエファを取り出し、上記酸化膜ストライプを除去したした後、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２９を、周知ＭＯＣＶＤ法たはガスソースＭＢＥ法によって形成した。ｐ側電極３０およびｎ側電極３１を形成し後、劈開法によって共振器長約９００μｍのレーザ素子を得た。この後、素子の前面にλ／４（λ：発振波長面）の厚みのＳｉＯ２による低反射膜（図示せず）を、素子の後面にＳｉＯ2とａ−Ｓｉの４層膜からなる高反射膜（図示せず）を、それぞれ形成した。その後、素子を接合面を下にして、ヒートシンク上にボンディングした。
【００３４】
本実施例で形成された素子のリッジ幅は３μｍで設計値にほぼ等しく、しきい値電流約１０ｍＡで室温連続発振し、その発振波長は約９８０ｎｍであった。また、４００ｍＷまで安定に横単一モード発振し、すべての素子について良好な発振特性が得られた。また、ヒートシンク温度を９０℃まで上げても、素子特性の高温度による顕著な劣化はみられず、３００ｍＷ以上の光出力が得られた。また、３０個の素子について環境温度８０℃の条件下で１００ｍＷ定光出力連続駆動させたところ、初期駆動電流は約１４０ｍＡであり、全ての素子で１０万時間以上安定に動作することが確認された。
【００３５】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば、リッジ部を有する半導体レーザ装置において、リッジ幅の歩留まりはほぼ１００％まで改善され、また、半導体レーザの製造工程も低減されて、特性のすぐれた半導体レーザ装置を、高い能率で容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図、
【図２】本発明の第２の実施例を示す断面図、
【図３】従来の０．９８μｍ半導体レーザを示す断面模式図、
【図４】本発明におけるリッジ構造を説明するためのの断面模式図。
【符号の説明】
１…ｎ−ＧａＡｓ基板、３…ｎ−ＩｎＧａＰクラッド層、
４…歪量子井戸活性層、５…ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層、
６…ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層、
７…ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層のリッジ、
８…ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層、９…ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層、
１８…ｎ−ＧａＡｓ基板、２０…ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、
２１…歪量子井戸活性層、２２…ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、
２３…ｐ−ＡｌＧａＡｓエッチングストップ層、
２４…ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、
２５…ｐ−ＡｌＧａＡｓエッチングストップ層、
２６…ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層。
【図１】
0003651984.tif 000003
【図２】
0003651984.tif 000004
【図３】
0003651984.tif 000005
【図４】
0003651984.tif 000006