(57)【要約】【課題】本発明は、半導体レーザ素子の特性に悪影響を与えることなく安定したリッジエッチングが可能な半導体レーザ素子の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】基板１０の一部にエッチング終点検出層２０を形成し、該基板の露出した部分である露出部１０Ａと該エッチング終点検出層の上に下クラッド層２２、活性層２４、及び上クラッド層２６を形成し、該露出部の上に形成された該上クラッド層上の、該露出部と該エッチング終点検出層の境界直上から間隙領域ｂ１、ｂ２を隔てた場所に絶縁膜パターン２８を形成し、該絶縁膜パターンをマスクとして該上クラッド層、該活性層、及び該下クラッド層のエッチングを進め該エッチング終点検出層が表面に露出した時点又はその時点から一定時間経過後にエッチングを停止し、リッジを電流ブロック層３０で埋め込む。【選択図】図７
2015122419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一部に、前記基板と異なる材料で、エッチング終点検出層を形成する検出層形成工程と、
前記基板の露出した部分である露出部と、前記エッチング終点検出層の上に、下クラッド層、活性層、及び上クラッド層を形成する工程と、
前記露出部の上に形成された前記上クラッド層上の、前記露出部と前記エッチング終点検出層の境界直上から間隙領域を隔てた場所に、絶縁膜パターンを形成する工程と、
前記絶縁膜パターンをマスクとして、前記上クラッド層、前記活性層、及び前記下クラッド層のエッチングを進め、前記エッチング終点検出層が表面に露出した時点、又はその時点から一定時間経過後に、エッチングを停止するエッチング工程と、
前記エッチング工程により前記絶縁膜パターンの下に形成されたリッジを電流ブロック層で埋め込む工程と、を備えた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】
前記エッチング工程では、前記エッチング終点検出層の構成元素の少なくとも1つの元素のプラズマ発光強度をモニタすることで、前記エッチング終点検出層が表面に露出したことを検知する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】
前記エッチング工程では、前記エッチング終点検出層の上に光を照射し反射干渉波形をモニタすることで、前記エッチング終点検出層が表面に露出したことを検知する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４】
前記エッチング終点検出層は、少なくともＡｌ、Ｇａ、又はＡｓのいずれか１つを含む材料で形成され、
前記基板と前記エッチング終点検出層は格子整合することを特徴とする請求項１〜３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】
前記間隙領域の幅は１μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４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６】
前記検出層形成工程は、
前記基板の全面に絶縁膜を形成する工程と、
前記露出部の上の前記絶縁膜を残すように前記絶縁膜を除去する工程と、
前記絶縁膜が除去された領域に前記エッチング終点検出層を形成する工程と、
前記エッチング終点検出層を残しつつ、前記露出部の上の前記絶縁膜を除去する工程と、を備えたことを特徴とする請求項１〜５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７】
前記検出層形成工程は、
前記基板の全面に前記エッチング終点検出層を形成する工程と、
前記露出部の上の前記エッチング終点検出層を除去する工程と、を備えたことを特徴とする請求項１〜５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８】
前記検出層形成工程では、ウエハのうち、前記半導体レーザ素子が形成される有効領域の外側の無効領域に前記エッチング終点検出層を形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項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、例えば光通信に用いられる半導体レーザ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、被処理物をエッチングする際に、予め形成しておいたエッチング終点検出層によりエッチング終点を検出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６４−７３７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ドライエッチングで半導体レーザ素子のリッジを形成するリッジエッチングでは、エッチング装置の能力ばらつきが原因で安定したエッチング深さを得ることができない問題があった。リッジの高さが安定しないと、リッジを埋め込む電流ブロック層にリークパスが形成される問題があった。
【０００５】
エッチング深さを安定させるためにエッチング終点検出層を利用することが考えられる。しかしながら、特許文献１の方法では基板の全面にエッチング終点検出層を形成するので、半導体レーザ素子の電流経路にエッチング終点検出層が存在する。この場合、エッチング終点検出層の準位にキャリアがトラップされ、半導体レーザ素子の特性に悪影響を与えてしまう問題があった。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、半導体レーザ素子の特性に悪影響を与えることなく、安定したリッジエッチングが可能な半導体レーザ素子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】
【０００７】
本願の発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、基板の一部に、該基板と異なる材料で、エッチング終点検出層を形成する検出層形成工程と、該基板の露出した部分である露出部と、該エッチング終点検出層の上に、下クラッド層、活性層、及び上クラッド層を形成する工程と、該露出部の上に形成された該上クラッド層上の、該露出部と該エッチング終点検出層の境界直上から間隙領域を隔てた場所に、絶縁膜パターンを形成する工程と、該絶縁膜パターンをマスクとして、該上クラッド層、該活性層、及び該下クラッド層のエッチングを進め、該エッチング終点検出層が表面に露出した時点、又はその時点から一定時間経過後に、エッチングを停止するエッチング工程と、該エッチング工程により該絶縁膜パターンの下に形成されたリッジを電流ブロック層で埋め込む工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、エッチング終点検出層を、被エッチング層の下層のリッジ形成領域と離れた場所に形成したため、半導体レーザ素子の特性に悪影響を与えることなく、安定したリッジエッチングができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】絶縁膜の形成を示す断面図である。
【図２】絶縁膜の一部をエッチングすることを示す断面図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】エッチング終点検出層の形成を示す断面図である。
【図５】絶縁膜を除去することを示す断面図である。
【図６】活性層等の形成を示す断面図である。
【図７】絶縁膜パターンの形成を示す断面図である。
【図８】リッジエッチングを示す断面図である。
【図９】電流ブロック層の形成を示す断面図である。
【図１０】コンタクト層の形成を示す断面図である。
【図１１】実施の形態２に係る検出層形成工程を示す断面図である。
【図１２】実施の形態２に係る検出層形成工程を示す断面図である。
【図１３】実施の形態３に係るエッチング終点検出層を示す平面図である。
【図１４】絶縁膜パターンの形成を示す平面図である。
【図１５】変形例に係るエッチング終点検出層を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１〜１０は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法を示す図である。まず、断面図である図１に示すように、基板１０の全面に絶縁膜１２を形成する。基板１０の材料は例えばｐ型ＩｎＰである。基板１０は、リッジを形成するリッジ形成領域ａ、リッジ形成領域ａの左右の間隙領域ｂ１、ｂ２、及びリッジ形成領域ａと間隙領域ｂ１、ｂ２の左右の外側領域ｃ１、ｃ２を備えている。絶縁膜１２は例えばＰｌａｓｍａ−ＣＶＤ法で形成した膜厚４００ｎｍのＳｉＯ２である。
【００１２】
次いで、断面図である図２に示すように、絶縁膜１２の一部をエッチングで除去する。この工程では、例えばＣＦ４／Ｏ２混合ガスを用いたＲＩＥ(Reactive Ion Etching)により、リッジ形成領域ａと間隙領域ｂ１、ｂ２の絶縁膜１２Ａを残しつつ、外側領域ｃ１、ｃ２の絶縁膜１２を除去する。
【００１３】
図３は、図２の平面図である。図３はウエハの中の１チップを示す。絶縁膜１２Ａは、リッジ形成領域ａと間隙領域ｂにストライプ状に形成されている。間隙領域ｂの幅は１μｍである。
【００１４】
次いで、断面図である図４に示すように、エッチング終点検出層２０を形成する。エッチング終点検出層２０は、絶縁膜１２Ａを選択成長マスクとして、絶縁膜１２が除去された領域である外側領域ｃ１、ｃ２にエピタキシャル成長する。エッチング終点検出層２０の材料は例えばＩｎＧａＡｓＰである。エッチング終点検出層２０の層厚は例えば４０ｎｍである。
【００１５】
次いで、断面図である図５に示すように、エッチング終点検出層２０を残しつつ、絶縁膜１２Ａを除去する。絶縁膜１２Ａは、例えばフッ酸系薬液によるウェットエッチングで除去する。これにより、開口を有するエッチング終点検出層２０が形成される。基板１０のうち、エッチング終点検出層２０の開口により露出した部分を露出部１０Ａと称する。
【００１６】
ここまでの工程はエッチング終点検出層２０を形成するための工程であるので、まとめて検出層形成工程と称する。検出層形成工程は、露出部１０Ａの上の絶縁膜１２Ａを残すように絶縁膜１２を除去し、絶縁膜１２が除去された領域にエッチング終点検出層２０を形成し、エッチング終点検出層２０を残しつつ、露出部１０Ａの上の絶縁膜１２Ａを除去するものと要約できる。
【００１７】
検出層形成工程の後に、断面図である図６に示すように、露出部１０Ａとエッチング終点検出層２０の上に、下クラッド層２２、活性層２４、及び上クラッド層２６をエピタキシャル成長する。これにより、エッチング終点検出層２０は、下クラッド層２２、活性層２４、及び上クラッド層２６で埋め込まれる。なお、下クラッド層２２、活性層２４、及び上クラッド層２６の材料は、基板にｐ型ＩｎＰを用いた場合は、例えばｐ型ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、又はｎ型ＩｎＰである。
【００１８】
次いで、断面図である図７に示すように、絶縁膜パターン２８を形成する。絶縁膜パターン２８は、露出部１０Ａの上に形成された上クラッド層２６上のうち、リッジ形成領域ａ直上に形成する。言い換えれば、絶縁膜パターン２８は、露出部１０Ａとエッチング終点検出層２０の境界直上から間隙領域ｂ１、ｂ２を隔てた場所に形成される。絶縁膜パターン２８は、例えばＰｌａｓｍａ−ＣＶＤ法で形成した膜厚４００ｎｍのＳｉＯ２である。
【００１９】
次いで、エッチング工程に進む。エッチング工程では、断面図である図８に示すように、絶縁膜パターン２８をマスクとして、上クラッド層２６、活性層２４、及び下クラッド層２２のエッチングを進める。このエッチングは例えば、ＳｉＣｌ４／Ａｒ混合ガスによるＩＣＰ−ＲＩＥ(Inductive Coupled Plasma-RIE)により行う。
【００２０】
そして、エッチング終点検出層２０が表面に露出した時点、又はその時点から一定時間経過後に、エッチングを停止する。エッチング終点検出層２０が表面に露出したことは、エッチング終点検出層２０の構成元素の少なくとも1つの元素のプラズマ発光強度をモニタすることで、検知する。
【００２１】
つまり、エッチングがエッチング終点検出層２０の上面近くまで進行すると、エッチング終点検出層２０の材料であるＩｎＧａＡｓＰに起因するプラズマ発光強度が変化する。この変化量が所定の閾値に達した時点を「エッチング終点検出層２０が表面に露出した時点」とする。例えばＩｎのプラズマ発光強度をモニタした場合、エッチングがエッチング終点検出層２０の上面近くまで進行すると、プラズマ発光強度が減少する。この減少量（変化量）が所定の閾値に達した時点を「エッチング終点検出層２０が表面に露出した時点」とする。なお、エッチング終点検出層２０が表面に露出した時点の検知精度を高めるために、例えば、ＩｎとＰなどの複数の元素のプラズマ発光強度をモニタすることが好ましい。
【００２２】
実施の形態１では、エッチング終点検出層２０を除去した時点でエッチングを停止する。エッチング工程を終えると、リッジ形成領域ａに、下クラッド層２２Ａ、活性層２４Ａ、及び上クラッド層２６Ａを備えるストライプ状のリッジが形成される。
【００２３】
次いで、断面図である図９に示すように、電流ブロック層３０を形成する。電流ブロック層３０は、絶縁膜パターン２８を選択成長マスクとするエピタキシャル成長で形成する。電流ブロック層３０は特に限定されないが、例えば、基板１０にｐ型ＩｎＰを用いた場合はｐ型ＩｎＰ層３２、ｎ型ＩｎＰ層３４、及びｐ型ＩｎＰ層３６を備える。電流ブロック層３０は、エッチング工程により絶縁膜パターン２８の下に形成されたリッジを埋め込む。
【００２４】
次いで、例えばフッ酸系薬液を用いたウェットエッチングにより絶縁膜パターン２８を除去する。次いで、断面図である図１０に示すように、コンタクト層４０をエピタキシャル成長する。こうして、リッジが埋め込まれた埋め込み型の半導体レーザ素子が完成する。
【００２５】
ところで、活性層又は回折格子層をエッチング終点検出層として用いてリッジエッチングする場合、エッチング終点検出層が表面に露出したことを検知してからオーバーエッチングして下クラッド層等を除去する必要がある。この場合、オーバーエッチング量が多いので、エッチング深さが安定しない。
【００２６】
本発明の実施の形態１では、エッチング工程でエッチングすべき下クラッド層２２、活性層２４、及び上クラッド層２６の下にエッチング終点検出層２０がある。従って、エッチング終点検出層２０が表面に露出した時点を検知してからのオーバーエッチ量は０又は小さい値である。つまり、エッチング終点検出層２０が表面に露出した時点がエッチングの終点又は終点とほぼ等しい。よって、安定したエッチング深さを得ることができるので、リッジエッチングを安定させることができる。
【００２７】
次に、間隙領域ｂ１、ｂ２の意義について説明する。エッチング終点検出層を形成したことで基板に結晶欠陥が導入されることがある。この結晶欠陥は表面モフォロジを悪化させるので、電流ブロック層が形成不良となってリーク電流を生じるおそれがある（第１の問題）。また、電流ブロック層の段差（図９の破線円参照）がリッジに接近しすぎる場合においても電流ブロック層が形成不良となり、リーク電流の原因になり得る（第２の問題）。本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法では、エッチング終点検出層２０が形成される外側領域ｃ１、ｃ２と、リッジが形成されるリッジ形成領域ａの間に間隙領域ｂ１、ｂ２を設けた。
【００２８】
そのため、上記の結晶欠陥があったとしても、電流ブロック層３０のうちリッジに接する部分は良好に形成し得るので、第１の問題を解消できる。また、電流ブロック層の段差をリッジから離すことができるので第２の問題を解消できる。このように、間隙領域ｂ１、ｂ２は、エッチング終点検出層２０を用いることが半導体レーザ素子の特性に悪影響を与えることを防止するために設けられている。
【００２９】
上記の結晶欠陥を生じにくくするために、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法では、エッチング終点検出層２０を基板１０と格子整合するようにエピタキシャル成長によって形成した。なお、間隙領域ｂ１、ｂ２を設けたことで第１の問題はある程度抑制できるので、必ずしもエッチング終点検出層２０を基板１０と格子整合させる必要はない。
【００３０】
本発明の実施の形態１に係るエッチング工程では、プラズマ発光強度のモニタにより、「エッチング終点検出層２０が表面に露出した時点」を検知したが、他の方法で検知してもよい。例えば、エッチング終点検出層２０の上に光を照射し反射干渉波形をモニタし、当該干渉波形から、エッチング終点検出層２０が表面に露出した時点を検知してもよい。
【００３１】
エッチング終点検出層の材料は、基板と異なる材料であれば特に限定されない。しかし、エッチング終点検出層２０の構成元素のプラズマ発光強度をモニタするためには、エッチング終点検出層は少なくともＡｌ、Ｇａ、又はＡｓのいずれか１つを含む材料で形成することが好ましい。
【００３２】
間隙領域ｂ１、ｂ２の幅は、上記した第１の問題と第２の問題を解消できる限り、１μｍに限定されない。第１の問題と第２の問題を確実に抑制するためには、間隙領域ｂ１、ｂ２の幅を１μｍ以上とすることが好ましい。
【００３３】
本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法は、上記以外にも様々な変形が可能である。例えば、基板１０はＩｎＰに限定されない。また、活性層の上部又は下部に回折格子層を含んでもよい。また、実施の形態１では、図５に示すように、露出部１０Ａの左右にエッチング終点検出層２０を形成したが、露出部１０Ａの片側だけにエッチング終点検出層２０を形成してもよい。なお、これらの変形は以下の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法にも応用できる。
【００３４】
以下の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法は、実施の形態１の半導体レーザ素子の製造方法と共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００３５】
実施の形態２．
図１１、１２を参照して、本発明の実施の形態２に係る検出層形成工程を説明する。まず、断面図である図１１に示すように、エピタキシャル成長によって、基板１０の全面にエッチング終点検出層５０を形成する。次いで、断面図である図１２に示すように、例えばレジストマスクを用いた酒石酸系薬液またはリン酸系薬液によるウェットエッチングで、露出部１０Ａの上のエッチング終点検出層５０を除去する。これにより、開口を有するエッチング終点検出層５０Ａを得ることができる。
【００３６】
なお、検出層形成工程は、基板の上に、基板と異なる材料で、開口を有するエッチング終点検出層を形成する限り特に限定されないので、上記とは異なる工程でエッチング終点検出層を形成してもよい。
【００３７】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る半導体レーザ素子の製造方法は、ウエハの外周の無効領域にエッチング終点検出層を形成することを特徴とする。図１３は、本発明の実施の形態３に係る検出層形成工程後の基板１０２の平面図である。基板１０２は、例えばＩｎＰで形成されたウエハである。
【００３８】
検出層形成工程では、ウエハ（基板１０２）のうち、半導体レーザ素子が形成される有効領域の外側の無効領域にエッチング終点検出層１０４を形成する。基板１０２のうち、エッチング終点検出層１０４が形成されず、基板１０２が露出した部分である露出部１０６は有効領域でもある。
【００３９】
次いで、エッチング終点検出層１０４と露出部１０６の上に下クラッド層、活性層、及び上クラッド層を形成する。次いで、絶縁膜パターンを形成する。図１４は、絶縁膜パターンを形成したことを示す基板１０２の平面図である。有効領域は破線で示す。基板１０２の全面に形成された上クラッド層１０８上に絶縁膜パターン１１０を形成する。絶縁膜パターン１１０が形成された部分の直下はリッジ形成領域である。
【００４０】
絶縁膜パターン１１０は、露出部とエッチング終点検出層の境界（太い破線部分）直上から間隙領域を隔てた場所に形成されている。間隙領域の幅ｘは１μｍ以上を確保する。以後の工程は実施の形態１と同様である。
【００４１】
本発明の実施の形態３に係る半導体レーザ素子の製造方法では無効領域にエッチング終点検出層１０４を形成するので、チップ内にエッチング終点検出層を形成する場合と比較して、間隙領域を広くすることができる。よって、第１の問題と第２の問題を確実に解消できる。
【００４２】
図１５は、本発明の実施の形態３に係る半導体レーザ素子の製造方法の変形例を示す平面図である。図１５は、検出層形成工程後の基板１０２の平面図である。基板１０２は無効領域１２０と有効領域１２２に区分される。無効領域１２０には、ＴＥＧ領域１２４が形成されている。そして、検出層形成工程では、ＴＥＧ領域１２４にエッチング終点検出層１２６を形成する。このように、ＴＥＧ領域１２４にエッチング終点検出層１２６を形成する場合にも、間隙領域を広くすることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  基板、  １２,１２Ａ  絶縁膜、  ２０  エッチング終点検出層、  ２２  下クラッド層、  ２４  活性層、  ２６  上クラッド層、  ２８  絶縁膜パターン、  ３０  電流ブロック層、  ４０  コンタクト層、  ５０,５０Ａ  エッチング終点検出層、  １０２  基板、  １０４  エッチング終点検出層、  １０６  露出部、  １０８  上クラッド層、  １１０  絶縁膜パターン、  １２０  無効領域、  １２２  有効領域、  １２６  エッチング終点検出層
【図１】
2015122419.tif 000003
【図２】
2015122419.tif 000004
【図３】
2015122419.tif 000005
【図４】
2015122419.tif 000006
【図５】
2015122419.tif 000007
【図６】
2015122419.tif 000008
【図７】
2015122419.tif 000009
【図８】
2015122419.tif 000010
【図９】
2015122419.tif 000011
【図１０】
2015122419.tif 000012
【図１１】
2015122419.tif 000013
【図１２】
2015122419.tif 000014
【図１３】
2015122419.tif 000015
【図１４】
2015122419.tif 000016
【図１５】
2015122419.tif 000017