(57)【要約】【課題】クラッド層のキャリア濃度を高めることが可能な半導体レーザの製造方法を提供すること。【解決手段】本発明は、ＩｎＰまたはＧａＡｓからなり面指数が（１００）である基板１０上に、クラッド層１４、活性層１６およびクラッド層１８を順にエピタキシャル成長する工程と、クラッド層１８の上面に（１００）よりも大きな面指数を有する複数の成長開始面を形成する工程と、クラッド層１８の成長開始面に亜鉛を含有するクラッド層２４をエピタキシャル成長する工程と、を含む半導体レーザの製造方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＰまたはＧａＡｓからなり面指数が（１００）である半導体基板上に、第１クラッド層、活性層および第２クラッド層を順にエピタキシャル成長する工程と、
前記第２クラッド層の上面に（１００）よりも大きな面指数を有する複数の成長開始面を形成する工程と、
前記第２クラッド層の前記成長開始面に亜鉛を含有する第３クラッド層をエピタキシャル成長する工程と、を含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
前記半導体基板の表面は、（１００）から±１°の範囲で傾斜してなることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項３】
前記第２クラッド層の成長開始面の面指数は、（３１１）または（４１１）であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項４】
前記第２クラッド層の上面には、面指数が（１００）の表面と、前記成長開始面とが設けられてなることを特徴とする請求項３記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項５】
前記第３クラッド層の成長レートは、前記第２クラッド層の成長レートよりも小さいことを特徴とする請求項１から４いずれか記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項６】
前記第２クラッド層の屈折率と前記第３クラッド層の屈折率との差は１．０％以下であることを特徴とする請求項１から５いずれか記載の半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体を使った光半導体装置では、光を発生させる活性層、およびキャリア並びに光を活性層に閉じ込めるためのクラッド層を軸方向に積層する。発光効率および光出力を高めるためには、半導体装置の直列抵抗の低減が重要となる。特許文献１および２には、クラッド層にマグネシウム（Ｍｇ）、および亜鉛（Ｚｎ）などをドープする技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−４５７０８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４９７６６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、活性層の上に形成されたクラッド層のキャリア濃度を高めることは困難であり、例えば１．０×１０１８ｃｍ−３程度が上限である。キャリア濃度が低い場合、半導体装置の直列抵抗が高くなるため、発光効率および光出力が低下する。本願発明は、上記課題に鑑み、クラッド層のキャリア濃度を高めることが可能な半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ＩｎＰまたはＧａＡｓからなり面指数が（１００）である半導体基板上に、第１クラッド層、活性層および第２クラッド層を順にエピタキシャル成長する工程と、前記第２クラッド層の上面に（１００）よりも大きな面指数を有する複数の成長開始面を形成する工程と、前記第２クラッド層の前記成長開始面に亜鉛を含有する第３クラッド層をエピタキシャル成長する工程と、を含む半導体レーザの製造方法である。
【０００６】
上記構成において、前記半導体基板の表面は、（１００）から±１°の範囲で傾斜してなる構成とすることができる。
【０００７】
上記構成において、前記第２クラッド層の成長開始面の面指数は、（３１１）または（４１１）である構成とすることができる。
【０００８】
上記構成において、前記第２クラッド層の上面には、面指数が（１００）の表面と、前記成長開始面とが設けられてなる構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記第３クラッド層の成長レートは、前記第２クラッド層の成長レートよりも小さい構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記第２クラッド層の屈折率と前記第３クラッド層の屈折率との差は１．０％以下であることを特徴とする請求項１から５いずれか記載の半導体レーザの製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、クラッド層のキャリア濃度を高めることが可能な半導体レーザの製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（ａ）および図１（ｂ）は実施例１に係る半導体装置を例示する断面図である。
【図２】図２は面指数とキャリア濃度との関係を示す図である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｃ）は半導体レーザの製造方法を例示する断面図である。
【図４】図４（ａ）から図４（ｃ）は半導体レーザの製造方法を例示する断面図である。
【図５】図５（ａ）および図５（ｂ）は半導体レーザの製造方法を例示する断面図である。
【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）は半導体レーザの製造方法を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面を用いて実施例について説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１（ａ）および図１（ｂ）は実施例１に係る半導体レーザ１００を例示する断面図である。図１（ａ）では光の伝播方向から半導体レーザ１００を見ている。図１（ｂ）は図１（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面を図示しており、伝播方向に沿って半導体レーザ１００を見ている。
【００１５】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、下から順にｎ電極３０、基板１０、クラッド層１４（第１クラッド層）、活性層１６、クラッド層１８および２４、コンタクト層２８、並びにｐ電極３２が積層されている。クラッド層１４、１８および２４、並びに活性層１６はメサストライプ構造１１を形成する。メサストライプ構造１１の両側には埋込層２２が設けられている。埋込層２２の上には埋込層２６が積層され、埋込層２２の上にはクラッド層２４（第３クラッド層）が積層されている。クラッド層１４内に回折格子として機能する層１２が設けられている。クラッド層１８および２４は１つのｐ型クラッド層として機能し、クラッド層１８の上面には高ドープ層２０が形成されている。
【００１６】
基板１０（半導体基板）は例えば濃度１．０×１０１８ｃｍ−３のスズ（Ｓｎ）がドープされたｎ型インジウムリン（ｎ−ＩｎＰ）により形成されている。クラッド層１４は例えば濃度１．０×１０１８ｃｍ−３のシリコン（Ｓｉ）がドープされた厚さ０．５μｍのｎ型インジウムリン（ｎ−ＩｎＰ）により形成されている。基板１０およびクラッド層１４は１つのｎ型クラッド層として機能する。活性層１６は、例えばインジウムガリウム砒素リンにより形成されたＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層である。クラッド層１８（第２クラッド層）は活性層１６の上面に接触している。クラッド層１８および２４は、亜鉛（Ｚｎ）がドープされたｐ−ＩｎＰにより形成されている。クラッド層１８の屈折率とクラッド層２４の屈折率との差は１．０％以下である。高ドープ層２０とはキャリア濃度がクラッド層１８および２４より高い層である。キャリア濃度とは、亜鉛（Ｚｎ）によるアクセプタによるものである。
【００１７】
埋込層２２は深いアクセプタ順位を形成する不純物がドープされた高抵抗半導体またはｐ型半導体により形成されている。埋込層２２は、例えば濃度７．０×１０１６ｃｍ−３の鉄（Ｆｅ）または濃度５．０×１０１７ｃｍ−３のＺｎがドープされた厚さ１．３μｍのｐ−ＩｎＰにより形成されている。埋込層２６は例えば濃度１．０×１０１９ｃｍ−３の硫黄（Ｓ）がドープされた厚さ０．４５μｍのｎ−ＩｎＰにより形成されている。コンタクト層２８は例えば濃度１．０×１０１８ｃｍ−３のＺｎがドープされた厚さ０．５μｍのｐ型インジウムガリウム砒素（ｐ−ＩｎＧａＡｓ）により形成されている。ｎ電極３０は例えば基板１０に近い方から金、ゲルマニウムおよび金を積層した膜（Ａｕ／Ｇｅ／Ａｕ）、またはＡｕ／Ｇｅ／ニッケル（Ｎｉ）／Ａｕにより形成されている。ｐ電極３２は例えばＡｕ／Ｚｎ／Ａｕまたはチタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／Ａｕにより形成されている。
【００１８】
半導体レーザ１００の光出力を高めるためには、直列抵抗を低減することが有効である。直列抵抗の低減のため、ｐ型クラッド層のキャリア濃度を高めればよい。ｐ−ＩｎＰの面指数ごとにキャリア濃度を測定した。
【００１９】
図２（ａ）は実験のサンプルＳを例示する断面図である。サンプルＳはｐ−ＩｎＰ層であり、面指数の異なる３種類のサンプルを用いた。３つのサンプルの成長面の面指数はそれぞれ（１００）、（３１１）Ａ、（３１１）Ｂである。有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Depostion：ＭＯＣＶＤ）を用いてサンプルＳをそれぞれエピタキシャル成長させた。成長条件を以下に示す。
Ｉｎ原料：トリメチルインジウム（Trimethyl Indium：ＴＭＩｎ）
Ｐ原料：ホスフィン（ＰＨ３）
ドーパント原料：ジメチル亜鉛（Dimethylezinc：ＤＭＺ）
成長温度：５２０℃、６３０℃
成長レート：２．０μｍ／ｈ
サンプルＳのうち上面からの深さＤが０．６〜１．３μｍの層Ｓ１を５２０℃、深さＤが０〜０．６μｍの層Ｓ２を６３０℃で成長させた。
【００２０】
図２（ｂ）は面指数とキャリア濃度との関係を示す図である。横軸が深さＤ、縦軸はキャリア濃度を示す。一点鎖線は面指数（１００）、破線は面指数（３１１）Ａ、実線は面指数（３１１）Ｂそれぞれのサンプルにおける測定結果を表す。表１はキャリア濃度を示す表である。
【表１】
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図２（ｂ）及び表１に示すように、深さ約１．０μｍ（成長温度５２０℃）では、（１００）面に比べ、（３１１）Ａのキャリア濃度は約７倍、（３１１）Ｂ面のキャリア濃度は約３倍である。深さ約０．４μｍ（成長温度６３０℃）では、（１００）面に比べ、（３１１）Ａ面のキャリア濃度は約７．８倍、（３１１）Ｂ面のキャリア濃度は約０．６倍である。成長温度が５２０℃である場合、（３１１）Ａ面および（３１１）Ｂ面のキャリア濃度は（１００）面より大幅に高くなる。半導体レーザ１００では以上の知見に基づき、面指数（３１１）Ａおよび（３１１）Ｂの面をクラッド層１８に形成することによりキャリア濃度を高める。
【００２１】
図３（ａ）から図６（ｂ）は半導体レーザ１００の製造方法を例示する断面図である。図３（ａ）から図５（ｂ）は図１（ｂ）と同じ方向から見た断面を図示している。図６（ａ）および図６（ｂ）は図１（ａ）と同じ方向から見た断面を図示している。
【００２２】
図３（ａ）は基板１０を示している。基板１０はｎ型のＩｎＰで形成され、面指数は（１００）である。なお基板１０の面指数は（１００）面から傾斜することが許容される。許容される傾斜角は（１００）から±１°の範囲である。次に、図３（ｂ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、基板１０の上面にクラッド層１４を、その膜厚方向の一部で成長させる。次に、クラッド層１４の上面に層１２を形成する。図３（ｃ）はクラッド層１４の上面を拡大する図である。図３（ｃ）に示すように、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）のようなドライエッチング処理によりクラッド層１４の上面に凹凸１４ａを形成する。なお、このエッチングに用いられるレジストマスク（図示せず）は、公知の干渉露光法あるいは電子ビーム露光法によって所期のパターンで形成される。凹凸１４ａのピッチＰ１は２００〜２５０ｎｍであり、深さＤ１は３０ｎｍである。
【００２３】
次に、図４（ａ）に示すように、凹凸１４ａの凹部を埋め込んで、ｎ−ＩｎＰと格子整合しかつｎ−ＩｎＰとは屈折率の異なる半導体の層１２（一例としてＩｎＧａＡｓＰ）を設ける。続いて、クラッド層１４の膜厚方向の残部、活性層１６、およびクラッド層１８を順に積層する。これらの成長には、ＭＯＣＶＤ法が用いられる。図４（ａ）に示すように、層１２はクラッド層１４によって包囲される。層１２のパターンは凹凸１４ａによって決定され、層１２が回折格子として作用する。
【００２４】
図４（ｂ）および図５（ａ）はクラッド層１８の上面を拡大する図である。クラッド層１８を形成した後、図４（ｂ）に示すように、クラッド層１８の上面に凹凸１８ａを形成する。このエッチング処理に用いるマスクは、クラッド層１４のエッチング処理に用いたマスクと同じパターンを採用することができる。この凹凸１８ａを形成するためのエッチングには、凹凸１４ａと同様、ＲＩＥを用いることができる。この際、エッチャントはＳＷＢ（臭素の飽和水溶液）またはメタン水素（ＣＨ３−Ｈ２）系のエッチングガス、ＲＦパワーは３００Ｗなど、（３１１）が出やすい条件を採用した。この工程により、凹凸１８ａの内側面には、クラッド層１８の表面の面指数より大きな面指数を有する面が表出する。本実施例では、凹凸１８ａの凸部１８ｂの上面１８ｃに対して、側面１８ｄおよび１８ｅは約２５°傾斜している。上面１８ｃは面指数（１００）、側面１８ｄは面指数（３１１）Ａ、側面１８ｅは面指数（３１１）Ｂを有する。なお凹凸１８ａのピッチＰ２は凹凸１４ａのピッチＰ１と同程度の２００〜２５０ｎｍである。凹凸１８ａの深さＤ２は凹凸１４ａの深さＤ１と同程度の３０ｎｍである。
【００２５】
次に、図５（ａ）に示すように、成長温度５２０℃および成長レート１．０μｍ／ｈの条件でＭＯＣＶＤ法により、凹凸１８ａを埋めるように高ドープ層２０を形成する。高ドープ層２０はクラッド層１８の側面１８ｄおよび１８ｅからなる成長開始面を含み、クラッド層１８の表面からエピタキシャル成長する。続いて、高ドープ層２０の上にクラッド層２４ａを形成する。クラッド層２４ａの成長温度は例えば６３０℃、成長レートは２．０μｍ／ｈである。
【００２６】
図６（ａ）に示すように、例えばエッチング処理によりメサストライプ構造１１を形成する。図６（ｂ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法によりメサストライプ構造１１の両側に埋込層２２を形成し、埋込層２２の上に埋込層２６、埋込層２６の上にクラッド層を形成する。埋込層２６上のクラッド層は図５（ｂ）に示したクラッド層２４ａと一体になりクラッド層２４を形成する。クラッド層２４の上にコンタクト層２８を形成する。基板１０の下面にｎ電極３０、コンタクト層２８の上面にｐ電極３２を形成する。以上の工程により半導体レーザ１００が形成される。
【００２７】
なおＺｎのドーパント原料としては、ＤＭＺの他にジエチル亜鉛（Diethylzinc：ＤＥＺ）を用いることもできる。Ｆｅをドープする層（埋込層２２）のドーパント原料にはフェロセン（Ｆｅ（Ｃ５Ｈ５）２）を用いることができる。Ｓをドープする層（埋込層２６）のドーパント原料には硫化水素（Ｈ２Ｓ）を用いることができる。Ｓｉをドープする層（クラッド層１４）のドーパント原料にはシラン（ＳｉＨ４）または、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いることができる。
【００２８】
実施例１によれば、図４（ｂ）に示したようにクラッド層１８に凹凸１８ａが形成される。凹凸１８ａの側面１８ｄは面指数（３１１）Ａ、側面１８ｅは面指数（３１１）Ｂを有する。図２（ｂ）に示したように、（３１１）Ａ面および（３１１）Ｂ面ではＺｎの取り込みが促進され、同じ条件の下では、（３１１）Ａ面および（３１１）Ｂ面におけるキャリア濃度は（１００）面より高くなる。
【００２９】
図５（ａ）に示した高ドープ層２０は、側面１８ｄおよび１８ｅを成長開始面とした結晶成長層を含む。本実施例では、クラッド層１８および２４ａと高ドープ層２０は、いずれもＩｎＰで構成され、その成長条件やドーパント供給量も同じである。しかし、上記したような面指数の違いから、不純物取り込みの状態が異なっている。この結果、高ドープ層２０のキャリア濃度がクラッド層１８および２４ａと比較して高くなる。成長条件にもよるが、（１００）面におけるキャリア濃度の上限が１．０×１０１８ｃｍ−３程度であれば、同じ成長条件で形成された高ドープ層２０のキャリア濃度は５．０×１０１８ｃｍ−３程度まで上昇させることが可能である。以上により、高ドープ層２０の平均的なキャリア濃度が高くなるため、半導体レーザ１００の直列抵抗が低減される。この結果、光出力および発光効率が改善する。
【００３０】
成長温度および成長レートは変更してもよい。成長温度を５２０℃より高くしてもよいが、図２（ｂ）に示したように温度が高くなると（３１１）Ａ面のキャリア濃度が低下する。キャリア濃度を大幅に高めるためには成長温度が４８０℃以上５２０℃以下であることが好ましく、例えば４６０℃以上、４７０℃以上、４９０℃以上でもよく、５１０℃以下、５３０℃以下、５４０℃以下でもよい。クラッド層２４ａの成長レートは高ドープ層２０の成長レートより小さいことが好ましい。これによりクラッド層２４ａへのＺｎの取り込みが促進される。
【００３１】
側面１８ｄおよび１８ｅは上面１８ｃの面指数（１００）より高い面指数、例えば（３１１）または（４１１）などを有していればよい。Ｚｎの取り込みが促進されるからである。なおクラッド層１８および２４のドーパントはＺｎが用いられる。成長材料としてはＩｎＰ以外にＩｎＰに格子整合したＩｎＰ系半導体、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、またはＧａＡｓに格子整合したＧａＡｓ系半導体を用いることができる。
【００３２】
ｐｎ−ＢＨ（pn-Buried hetero：ｐｎ埋込）構造の例を説明したが、実施例１はＳＩＢＨ（Semi-Insulating Buried hetero：半絶縁性埋込）構造、およびＳＩＰＢＨ（Semi-Insulating Planar Buried hetero：半絶縁性平坦化埋込）構造に適用してもよい。
【００３３】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０                  基板
１２                  層
１４、１８、２４      クラッド層
１４ａ、１８ａ        凹凸
１６                  活性層
１８ｃ                上面
１８ｄ、１８ｅ        側面
２０                  高ドープ層
１００                半導体レーザ
【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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