(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に第一導電型のクラッド層を形成する第一導電型クラッド層形成工程と、
前記第一導電型クラッド層の上に活性層を形成する活性層形成工程と、
前記活性層の上に第二導電型のクラッド層を形成する第二導電型クラッド層形成工程と
、
前記第二導電型クラッド層の上にリン系ＩＩＩ−Ｖ族半導体層を形成する活性層保護膜
形成工程と、
前記活性層保護膜の上に酸化シリコン系又は窒化シリコン系の膜を形成するシリコン系
膜形成工程と、
前記活性層保護膜と前記シリコン系膜を除去する除去工程と、
前記除去工程により表面に露出した前記第二導電型クラッド層の上にエピタキシャル層
を成長するエピタキシャル層成長工程と、
前記活性層保護膜形成工程後かつ前記シリコン系膜形成工程前に、前記活性層保護膜の
上に第二導電型のキャップ層を形成するキャップ層形成工程と、
前記シリコン系膜形成工程後かつ前記除去工程前に、前記シリコン系膜のＳｉを拡散さ
せて前記活性層の一部を無秩序化する工程と、を備え、
前記キャップ層の層厚は５〜１０ｎｍであり、
前記活性層保護膜の層厚は５〜１０ｎｍであり、
前記キャップ層と前記活性層保護膜との層厚の和は１５ｎｍ以下であることを特徴とする半導体光装置の製造方法。
【請求項２】
基板の上に第一導電型のクラッド層を形成する第一導電型クラッド層形成工程と、
前記第一導電型クラッド層の上に活性層を形成する活性層形成工程と、
前記活性層の上に第二導電型のクラッド層を形成する第二導電型クラッド層形成工程と
、
前記第二導電型クラッド層の上にリン系ＩＩＩ−Ｖ族半導体層を形成する活性層保護膜
形成工程と、
前記活性層保護膜の上に酸化シリコン系又は窒化シリコン系の膜を形成するシリコン系
膜形成工程と、
前記活性層保護膜と前記シリコン系膜を除去する除去工程と、
前記除去工程により表面に露出した前記第二導電型クラッド層の上にエピタキシャル層
を成長するエピタキシャル層成長工程と、
前記シリコン系膜形成工程後かつ前記除去工程前に、前記シリコン系膜のＳｉを拡散さ
せて前記活性層の一部を無秩序化する工程と、を備え、
前記活性層保護膜の層厚は０ｎｍより厚く１５ｎｍ以下であることを特徴とする半導体光装置の製造方法。
【請求項３】
前記第一導電型クラッド層と前記第二導電型クラッド層は、ＡｌＧａＡｓを含み、
活性層保護膜形成工程では、ＡｌＧａＩｎＰ層、ＧａＩｎＰ層、ＩｎＧａＡｓＰ層のい
ずれかをエピタキシャル成長し、
前記活性層形成工程ではＡｌＧａＡｓが用いられることを特徴とする請求項１に記載の
半導体光装置の製造方法。
【請求項４】
前記リン系ＩＩＩ−Ｖ族半導体層は第一導電型の層であることを特徴とする請求項１に
記載の半導体光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体光装置の高出力化はＣＤ-ＲやＤＶＤ-Ｒ等への書き込みを行う際に必要となる。しかしながら、レーザーの高出力化はレーザー素子の端面にダメージを及ぼす事がある。この端面のダメージによりレーザーの高出力化は一般に困難であった。前述の問題はCOD（Catastrophic Optical Damage）と呼ばれる。前述の問題を解決するために、レーザーの端面において井戸構造を無秩序化して、端面における光の吸収を防ぐ事により端面のダメージを防止する方法が採用されている。無秩序化された端面は窓構造と呼ばれている。窓構造作製の方法としては、特許文献１に記載の通りイオン注入法が用いられる。前述した特許文献１に記載の窓構造作製の際に行われるイオン注入では、注入されるべきイオンがGaAsキャップ層と酸化膜層を通過するように打ち込まれる。
【０００３】
また、半導体光装置の製造プロセスにおいては、製膜装置の維持管理上の理由でフッ素系ガスが使用される。また、フッ素は製造ラインの環境系にも存在するものである。一般に、半導体光装置にとって、前述のフッ素が半導体光装置内に浸入することは特性劣化の要因となりうるものである。特許文献７に開示される半導体光装置は、その内部に浸入したフッ素を熱処理によって除去して特性の劣化を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2000-101198号公報
【特許文献２】特開2005-166817号公報
【特許文献３】特開平11-330607号公報
【特許文献４】特開平5-29700号公報
【特許文献５】特開平5-235470号公報
【特許文献６】特開平10-261835号公報
【特許文献７】特開平8-83902号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
第一の課題は以下の通りである。前述した従来技術である特開2000-101198号公報に記載される窓構造作製プロセスにおいては、イオン注入のために作製したGaAsキャップ層を残存させたままｐ型クラッド層の追加成長を行う。従って、最終的に光素子が完成したときに、GaAsキャップ層が残る。この残存するGaAsキャップ層は、隣接するｐ型クラッド層とのバンド不連続を生じるから、前述のイオン注入後には除去する事が望ましい。しかしながらGaAsキャップ層を除去しようとすると、GaAsキャップ層はその下層のクラッド層とのエッチング選択性を高める事が困難であるために、GaAsキャップ層のエッチング後の表面に残留物質等が存在してしまう事がある。その結果、GaAsキャップ層のエッチング後にクラッド層の清浄表面を得られない事があった。そして、前述した残留物質等に起因して、後続の結晶成長工程において結晶欠陥等の弊害が生じる問題があった。
【０００６】
第二の課題は以下の通りである。第二の課題は半導体光装置にその製造プロセスにおいてフッ素が浸入する問題である。特にAlを含む活性層、クラッド層などに対しては、特許文献７のように半導体光素子内部に混入したフッ素の除去を行っても、結晶欠陥、結晶転移などの抑制が十分でないことが考えられる。その結果、半導体光装置の特性劣化や信頼性低下が起こるという問題があった。
【０００７】
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、半導体光装置の特性劣化や信頼性低下を抑制した半導体光装置の製造方法を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の発明に係る半導体光装置の製造方法は、基板の上に第一導電型のクラッド層を形成する第一導電型クラッド層形成工程と、該第一導電型クラッド層の上に活性層を形成する活性層形成工程と、該活性層の上に第二導電型のクラッド層を形成する第二導電型クラッド層形成工程と、該第二導電型クラッド層の上にリン系ＩＩＩ−Ｖ族半導体層を形成する活性層保護膜形成工程と、該活性層保護膜の上に酸化シリコン系又は窒化シリコン系の膜を形成するシリコン系膜形成工程と、該活性層保護膜と該シリコン系膜を除去する除去工程と、該除去工程により表面に露出した該第二導電型クラッド層の上にエピタキシャル層を成長するエピタキシャル層成長工程と、該活性層保護膜形成工程後かつ該シリコン系膜形成工程前に、該活性層保護膜の上に第二導電型のキャップ層を形成するキャップ層形成工程と、該シリコン系膜形成工程後かつ該除去工程前に、該シリコン系膜のＳｉを拡散させて該活性層の一部を無秩序化する工程と、を備え、該キャップ層の層厚は５〜１０ｎｍであり、該活性層保護膜の層厚は５〜１０ｎｍであり、該キャップ層と該活性層保護膜との層厚の和は１５ｎｍ以下であることを特徴とする。
本願の発明に係る他の半導体光装置の製造方法は、基板の上に第一導電型のクラッド層を形成する第一導電型クラッド層形成工程と、該第一導電型クラッド層の上に活性層を形成する活性層形成工程と、該活性層の上に第二導電型のクラッド層を形成する第二導電型クラッド層形成工程と、該第二導電型クラッド層の上にリン系ＩＩＩ−Ｖ族半導体層を形成する活性層保護膜形成工程と、該活性層保護膜の上に酸化シリコン系又は窒化シリコン系の膜を形成するシリコン系膜形成工程と、該活性層保護膜と該シリコン系膜を除去する除去工程と、該除去工程により表面に露出した該第二導電型クラッド層の上にエピタキシャル層を成長するエピタキシャル層成長工程と、該シリコン系膜形成工程後かつ該除去工程前に、該シリコン系膜のＳｉを拡散させて該活性層の一部を無秩序化する工程と、を備え、該活性層保護膜の層厚は０ｎｍより厚く１５ｎｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により窓構造作製後の残存物質等を抑制できる。また、半導体光装置へのフッ素の浸入を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１の半導体光素子の窓構造作製前の構成を説明するための図。
【図２】実施形態１の半導体光素子の窓構造作成後再成長前の構成を説明するための図。
【図３】実施形態１の半導体光素子の再成長後の構成を説明するための図。
【図４】実施形態１の窓構造作製工程を説明するための図。
【図５】比較例の窓構造作製前の構成を説明するための図。
【図６】比較例の窓構造作成後再成長前の構成を説明するための図。
【図７】比較例の再成長後の構成を説明するための図。
【図８】リッジ導波型レーザーの構成を説明するための図。
【図９】電流狭窄構造を有する埋め込み型レーザーの構成を説明するための図。
【図１０】実施形態２の半導体光素子の窓構造作製前の構成を説明するための図。
【図１１】実施形態２の半導体光素子の窓構造作成後再成長前の構成を説明するための図。
【図１２】実施形態２の半導体光素子の再成長後の構成を説明するための図。
【図１３】実施形態２の窓構造作製工程を説明するための図。
【図１４】実施形態３の半導体光装置の製造方法を説明する正面図。
【図１５】図１４で表される構造からさらに処理を進めて半導体レーザ素子構造としたときの断面図。
【図１６】実施形態３の半導体光装置の製造方法で製造された半導体光装置の斜視図。
【図１７】実施形態３で用いる比較例の正面図。
【図１８】実施形態３の電流狭窄構造を備える埋込型レーザの斜視図。
【図１９】実施形態３でキャップ層が形成されない場合の構成を説明する正面図。
【図２０】実施形態３で下部クラッド層が形成される場合の構成を説明する正面図。
【図２１】実施形態４の半導体光装置の製造方法を説明する正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
本実施形態の半導体光素子はMOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて作製される。成長温度は720℃、成長圧力は100mbarなどで積層を行う。各層を形成するための原料ガスとしては、トリメチルインジウム（TMI）、トリメチルガリウム（TMG）、トリメチルアルミニウム（TMA）、フォスフィン（PH3）、アルシン（AsH3）、シラン（SiH4）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Cp2Mg）、ジメチルジンク（DMZn）、ジエチルジンク（DEZn）を用いる。これらの原料ガスを水素ガスと混合後、マスフローコントローラ（MFC）などを用いて流量を制御して所望の各層の組成を得る。後述するp-コンタクト層にドープするCは以下の方法でドープする。すなわち成長温度を540℃として、TMGに対するAsH3の流量比を１程度とする。つまりCをドープするために特別なドーパントの導入を要さない。このようなドープの方法はIntrinsicドープ法と呼ばれている。なおここで挙げた結晶成長の手法、成長条件、原料ガスは例示であって、同等の成膜が可能な限り他のものであっても良い。
【００１２】
図１、２、３は本実施形態の半導体光素子の製造方法について説明するための図表である。本実施形態の半導体光素子の製造方法は窓構造作製のプロセスに特徴がある。図１、２、３はそれぞれ以下の段階の構成を表している。すなわち、図１は窓構造作製前の半導体光素子の構成を表す。図２は窓構造作成後、再成長前の半導体光素子の構成を表す。図３は再成長後の半導体光素子の構成を表す。図１、２、３とも、図表の左端に付された数字は各層の積層順に対応している。従って数字の大きい層ほど基板上上層に形成される層である。
【００１３】
図１は前述した通り、窓構造作製前の構成を表す図表である。各層について順次説明していく。基板１はGaAs基板である。基板１はSiがドープされている。基板１上にGaAs組成を有するバッファー層２が形成される。バッファー層は基板上の素子の結晶性を高めるために形成される。バッファー層２にはSiがドープされている。次いで、バッファー層２の上層にn-クラッド層３が形成される。n-クラッド層３にはSiがドープされている。クラッド層は主に、ガイド層と量子井戸層のキャリア密度を高める事と、活性層の光の閉じ込めを担う。本実施形態のn-クラッド層３の組成はInGaPであるが、AlGaInPでも良い。次いで、n-クラッド層３上にｎ-クラッド層４が形成される。ｎ-クラッド層４の組成はAlGaAsである。ｎ-クラッド層４にはSiがドープされる。なお、上述した基板１からｎ-クラッド層４までの各層はｎ型の導電型を有していれば、ドーパントとしてSi以外のものがドープされていても良い。
【００１４】
さらにｎ-クラッド層４上にガイド層５が形成される。ガイド層５の組成はAlGaAsである。次いで井戸層６が形成される。井戸層６の組成はAlGaAsである。その後ガイド層７が形成される。ガイド層７の組成はAlGaAsである。本実施形態の半導体光素子は上述のガイド層５、井戸層６、ガイド層７の構造を備え、775nm-785nmの光学バンドギャップを有する。ここでガイド層５、井戸層６、ガイド層７からなる井戸構造の組成は、井戸構造のPL波長が775nm-785nm帯であればどんな材料の組み合わせでも良い。また、本実施形態では井戸構造として単一量子井戸構造を採用しているが、多重量子井戸構造でも良い。
【００１５】
次いで、ガイド層７上にp-クラッド層８が形成される。p-クラッド層８はAlGaAsの組成を有する。p-クラッド層８にはドーパントとしてZnがドープされている。ここで、p型ドーパントとして用いたZnはMg、Be、Cなどのp型ドーパントであっても良い。本実施形態ではp型ドーパントとして後述するMgをドープする事もあるが、他のp型ドーパントでも良い。次いで、p-クラッド層８上にキャップ層９が形成される。キャップ層９の組成はInGaPである。キャップ層９はその下層のp-クラッド層８との関係において、選択エッチングが可能な層である。またキャップ層９は、後述するスルー層１０のエッチングの際にもスルー層１０の選択エッチングが可能な組成である。ここで、キャップ層９の膜厚は後述する窓構造作製に伴うイオン注入の便宜性から15nm以下とする事が望ましい。続いて、キャップ層９上にスルー層１０が形成される。本実施形態ではスルー層１０の組成はSiO2である。しかしSiO2と同等の役割を果たす限り他の組成を有する層であっても良い。例えばSiO2に代わってSiO、SiONが成膜されていても良い。前述したキャップ層９によりスルー層１０とp-クラッド層８は隔絶されている。さらに、SiO2層１０上にレジスト１１が塗布される。そして写真製版により窓構造を作製すべき領域のSiO2層１０を露出させる。
【００１６】
上述してきた構成を有する図１の構造を作製後、窓構造を作製する工程へ処理が進められる。図１に示される窓構造作製工程前の構造から、窓構造作製後の構成を示す図２の構造に至るまでのプロセスについて図４を用いて説明する。まず、基板にSi+（シリコンイオン）を打ち込むためのイオン注入工程１００が実施される。イオン注入工程１００では窓構造を作製すべき領域であるSiO2層１０が露出した場所にSi+が注入される。その後、レジスト剥離が行われる（ステップ１０２）。次いで、実効的に光学バンドギャップを広げ窓構造を形成するために760℃で60分程度のアニールを実施する（ステップ１０４）。ステップ１０４のアニールにより、前述したガイド層５、井戸層６、ガイド層７からなる量子井戸構造のイオン注入された領域が無秩序化されるため、窓構造が形成される。次いで、スルー層１０をエッチングするためのスルー層エッチング工程１０６に処理が進められる。ステップ１０６ではウェーハを室温で１２分程度緩衝フッ化水素（BHF）水に浸す事でスルー層１０を除去する。スルー層１０は前述したフッ化水素(BHF)水を用いてエッチングする事により、その下層のキャップ層９と選択性良くエッチングされる。スルー層１０除去後にはキャップ層９がエッチングされる（ステップ１０８）。ステップ１０８では、塩酸が用いられる。キャップ層９はInGaPの組成を有し、この組成は前述した通りp-クラッド層８との選択エッチングが可能なものである。該選択エッチングは塩酸を用いることで達せられる。この選択エッチングの結果、ステップ１０８を終えたウェーハ表面としてp-クラッド層８の清浄表面が得られる。上述した図４に示す処理を行う事により図２に示す窓構造を有する構造が得られる。
【００１７】
続いて、図２の構造から、p-コンタクト層１６が形成され図３に示す構成を得るまでについて、図３を用いて説明する。P-クラッド層８上にp-クラッド層１２が形成される。P-クラッド層１２はAlGaAsの組成を有する。またドーパントとしてZnがドープされている。次いで、p−クラッド層１３が形成される。P−クラッド層１３はInGaPの組成を有する。またドーパントとしてMgがドープされている。次いでp−クラッド層１４が形成される。P−クラッド層１４はAlGaInPの組成を有する。また、ドーパントとしてMgがドープされている。次いで、p-BDR層１５が形成される。p-BDR層１５は、p-クラッド層１４と後述するp-コンタクト層１６の間のバンド不連続を緩和するための層である。p-BDR層１５はInGaPの組成を有する。そして、ドーパントとしてMgがドープされる。次いでp-BDR層１５上にp-コンタクト層１６が形成される。p-コンタクト層１６はGaAsの組成を有する。そしてドーパントとしてCがドープされる。
【００１８】
本発明の特徴を説明するための比較例を、図５、６，７を用いて説明する。比較例は本発明と同じく窓構造を有する半導体光素子の製造方法である。図５は窓構造作成前の構成である。図６は窓構造作成後再成長前の構成である。図７は再成長後の構成である。比較例が、図１、２、３で説明した本発明の構造と異なる点は窓構造作製前に成膜されるキャップ層２８の組成がGaAsである点である。そして、比較例においても窓構造作製後再成長前にキャップ層２８を除去する。キャップ層２８は酒石酸と過酸化水素水と純水を20：10：100の比で混合した混合液（以後、比較例混合液と称する）にウェーハを15秒程度浸す事で除去する。この除去の方法は公知の技術であり、特開平10-261835号公報に記載されている。しかしながら比較例混合液によるエッチングはGaAs層に対する選択性が低いという問題点がある。故にキャップ層２８を除去する処理の後にp-クラッド層２７の表面に残留物質が残存する事がある。これは表面の平坦性を損ねる要因となる。その結果、再成長していく後続の層に結晶欠陥が生じたり、白濁等の不具合が生じたりする問題があった。
【００１９】
本実施形態によれば、キャップ層エッチング工程１０８の後、p-クラッド層２８の清浄表面を得る事ができる。本実施形態のキャップ層９にはInGaPが用いられており、InGaPは塩酸による選択エッチングが可能な材料である。従ってステップ１０８において、塩酸によりキャップ層９を除去する事によりp-クラッド層２８の清浄表面が得られる。p-クラッド層２８の清浄表面が得られるから、比較例で生じた結晶欠陥等による歩留まり低下を回避できる。また、本発明は比較例に対して工程数の増加を伴う事なく実施できるから製造コストの増加なしにその効果を得る事ができる。
【００２０】
本実施形態では、キャップ層の組成をInGaPとしたが本発明はこれに限定されない。すなわち、キャップ層の組成は少なくともキャップ層の下層のクラッド層との選択エッチングが可能であればどのような材質であっても良い。また本実施形態ではキャップ層エッチング工程で塩酸を用いたが本発明はこれに限定されない。すなわち、クラッド層との選択エッチングが可能であればどのような薬液でも良い。
【００２１】
本発明の半導体光素子の製造方法を実施する対象は図８に示すリッジ導波型レーザーでも図９に示す電流狭窄構造を有する埋め込み型レーザーでも良い。ここで図８の構成は、ｎ型電極６０、ｎ型GaAs(InP)基板６１、ｎ型バッファー層６２、ｎ型クラッド層６３、量子井戸構造６４、ｐ型クラッド層６５、BDR層６６、ｐ型コンタクト層６７、ｐ型電極６８となっている。図９の構成は、ｎ型電極７０、ｎ型GaAs(InP)基板７１、ｎ型バッファー層７２、ｎ型クラッド層７３、量子井戸構造７４、ｐ型クラッド層７５、BDR層７６、ｐ型コンタクト層７７、ｐ型電極７８、ｎ型電流ブロック層７９となる。また、本発明はレーザーへの適用に限定されず、LED(Light Emitting Diode)などの半導体光素子全般に用いてもその効果が得られる。
【００２２】
実施の形態２．
本実施形態はキャップ層として、第１キャップ層と第２キャップ層を備える半導体光素子の製造方法に関する。本実施形態の半導体光装置製造方法について、結晶成長の手法、成長条件、原料ガスは実施形態１と同様である。図１０、１１、１２は本実施形態の半導体光素子の製造方法を説明するための図表である。図１０は窓構造作製前の構成である。図１１は窓構造作成後再成長前の構成である。図１２は再成長後の構成である。実施形態１の窓構造作製前の構成と、本実施形態の窓構造作製前の構成との相違点は、実施形態１のキャップ層９が実施形態２では第1キャップ層４９と第２キャップ層４８に置き換わっている点である。第1キャップ層４９はGaAs組成を有する。第1キャップ層４９は、その下層の第２キャップ層４８との選択エッチングが可能な層である。第1キャップ層４９を成膜する目的は、その下層の構成物質であるPの脱離を防止するためである。第２キャップ層４８はInGaPの組成を有する。第２キャップ層４８はその下層のp-クラッド層４７との選択エッチングが可能な層である。第２キャップ層を成膜する目的は主に、下層のp-クラッド層との選択エッチングを行うためである。従って第２キャップ層４８は第1キャップ層４９の下層かつ、p-クラッド層４７の上層に形成される。
【００２３】
このような構成を有する図１０で表される構造が、図１１で表される構造になるまでの工程を図１３を用いて説明する。図１３におけるステップ１００からステップ１０６までの工程については実施形態１と同様であるから説明を省略する。ステップ１１０では第1キャップ層４９のエッチングが行われる。第1キャップ層４９のエッチングは、第1キャップ層４９の選択エッチングが可能なアンモニア過水を用いる。前述した通り第1キャップ層４９は第２キャップ層４８に対して選択エッチングが可能なGaAsの組成を有している。このため、アンモニア過水を用いる事で第1キャップ層４９は選択的に除去される。
【００２４】
次いで第２キャップ層を除去する第２キャップ層エッチング工程１１２に処理が進められる。ステップ１１２においては第２キャップ層４８が塩酸により除去される。前述した通り第２キャップ層４８はその下層のp-クラッド層４７との関係において選択エッチングが可能なInGaPで構成されているから、塩酸を用いて第２キャップ層４８を選択的に除去できる。上述してきたように第1キャップ層４８、第２キャップ層４９ともに選択エッチングが行われる事により、窓構造作製後にp-クラッド層４７の清浄かつ平坦な表面が得られる。故に後続の結晶成長に悪影響を与えること無く窓構造が作製できる。
【００２５】
本実施形態の窓構造作製前の構成によれば、第1キャップ層４９がGaAsの組成を有しているから第２キャップ層４８の構成物質であるPの脱離を防止できる。これにより第２キャップ層４８の組成の変化を防止できるから、第２キャップ層４８の選択エッチングが確実に行われる。このようにして、本実施形態の窓構造作成前の構造によれば、第２キャップ層エッチング工程後、p-クラッド層４７の清浄かつ平坦な表面を得る事ができる。
【００２６】
上述した処理の後に、p-クラッド層５２の膜成長等を行い、図１２に記載の構成を有する半導体光素子が形成される。図１１の窓構造作成後再成長前の構造から図１２の再成長後の構造までに形成される各層については実施形態１の図２の構造から図３の構造を作製する工程と同様である。このようにして窓構造作製に伴う残留物質に起因する結晶欠陥等が抑制された半導体光素子が製造される。
【００２７】
本実施形態では、第1キャップ層の組成をGaAsとしたが本発明はこれに限定されない。すなわち、第1キャップ層の組成は少なくとも第２キャップ層との選択エッチングが可能であり、かつ、第２キャップ層の組成の変化を抑制するものであればどのような材質であっても良い。また本実施形態では第1キャップ層エッチング工程でアンモニア過水を用いたが本発明はこれに限定されない。すなわち、第２キャップ層との選択エッチングが可能であればどのような薬液でも良い。
【００２８】
本実施形態では第２キャップ層の組成をInGaPとしたが本発明はこれに限定されない。すなわち、第２キャップ層の組成は少なくともp-クラッド層との選択エッチングが可能であればどのような材質であっても良い。また本実施形態では第２キャップ層エッチング工程で塩酸を用いたが本発明はこれに限定されない。すなわち、p-クラッド層との選択エッチングが可能であればどのような薬液でも良い。
【００２９】
本実施形態では第２キャップ層としてInGaPを用いたが本発明はこれに限定されない。すなわち、第２キャップ層の組成はInGaAsPであってもよい。第２キャップ層にInGaAsPを用いた場合にも、第1キャップ層エッチング工程においてアンモニア過水を用い第1キャップ層の選択エッチングが可能である。そして、第２キャップ層エッチング工程では硝酸を用いる事でp-クラッド層との選択エッチングが可能である。従って第２キャップ層にInGaPを用いても本発明の効果を得る事ができる。
【００３０】
実施の形態３．
本実施形態は半導体光装置へのフッ素の浸入を抑制した半導体光装置の製造方法に関する。図１４は本実施形態の半導体光装置の製造方法を説明する正面図である。本実施形態の半導体光装置はｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に後述の製膜等を行うことで製造される。まず、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１に接してｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２０２が形成される。ｎ型クラッド層を形成する工程をｎ型クラッド層形成工程と称する。次いで、不純物添加のないＡｌＧａＡｓ多層膜からなる多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌｓ：ＭＱＷ）活性層２０３（以後、活性層２０３と称する）が形成される。活性層を形成する工程を活性層形成工程と称する。
【００３１】
次いで、ｐ型不純物としてＺｎが添加されたｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２０４が形成される。ｐ型クラッド層を形成する工程をｐ型クラッド層形成工程と称する。次いで、リッジ形成工程におけるエッチングのためのエッチングストップ層２０５が形成される。この工程をエッチングストップ層形成工程と称する。次いで、ｐ型不純物としてＺｎが添加されたｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２０６が形成される。ｐ型クラッド層を形成する工程をｐ型クラッド層形成工程と称する。
【００３２】
次いで、ｎ型不純物としてＳｉが添加されたｎ型ＧａＩｎＰ層（以後、活性層保護膜２０７と称する）が形成される。活性層保護膜を形成する工程を活性層保護膜形成工程と称する。活性層保護膜２０７は活性層２０３などにフッ素が浸入することを抑制するために形成されるものであり、詳細は後述する。次いで、ｐ型不純物としてＺｎが添加されたｐ型ＧａＡｓキャップ層２０８が形成される。ｐ型キャップ層を形成する工程をキャップ層形成工程と称する。
【００３３】
上述の各層は例えばＭＯＣＶＤ法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって行われる。ＭＯＣＶＤ法による製膜の場合、一例として成長温度７００℃、成長圧力１００ｍｂａｒなどで製膜が行われる。そして、前述の各層を形成するための原料ガスとしては、トリメチルインジウム（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｉｎｄｉｕｍ：ＴＭＩ）、トリメチルガリウム（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｇａｌｌｉｕｍ：ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｌｕｍｉｎｕｍ：ＴＭＡ）、フォスフィン（Ｐｈｏｓｐｈｉｎｅ：ＰＨ３）、アルシン（Ａｒｓｉｎｅ：ＡｓＨ３）、シラン（Ｓｉｌａｎｅ：ＳｉＨ４）、ジエチル亜鉛（Ｄｉｅｔｈｙｌｚｙｎｃ：ＤＥＺ）などが用いられる。これらの原料をマスフローコントローラ（Ｍａｓｓ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：ＭＦＣ）等を用いて流量を制御し、製膜することで所望の各層の組成を得る。
【００３４】
キャップ層形成工程を終えると、酸化シリコン系膜２０９が形成される。ここで酸化シリコン系の膜が形成されるのは、後続のエッチングプロセスのためのマスク材料を供給するためである。本実施形態の酸化シリコン系膜２０９はＳｉＯｘである。
【００３５】
図１５は図１４で表される構造からさらに処理を進めて半導体レーザ素子構造としたときの断面である。図１５で表される半導体レーザ素子構造は以下のように加工されることで製造される。まず、活性層保護膜２０７とｐ型ＧａＡｓキャップ層２０８がエッチング除去される。次いでｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層２１０とｐ型ＧａＡｓキャップ層２１１が再成長される。その後、エッチング等のリッジ加工プロセスによってｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２０６、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層２１０とｐ型ＧａＡｓキャップ層２１１の３層がリッジ型に加工される。こうして形成されたリッジ部の端面を除く側面および、前述のリッジ加工プロセスで露出したエッチングストップ層２０５の表面を絶縁膜で覆うべく絶縁膜２２０が形成される。
【００３６】
次いで、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２１１上にｐ型電極２２１が形成される。また、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１に接してｎ型電極２２２が形成される。このようにして本実施形態の半導体光装置である半導体レーザ素子構造が形成される。なお、図１５の斜視図を図１６に示す。図１６では絶縁膜２２０の表示を省略している。
【００３７】
ここで、本発明の特徴を説明するための比較例について説明する。比較例は図１７を用いて説明する。以後、比較例と本発明の製造方法で同一な工程については説明を省略または簡略化し相違点のみ説明する。まず、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１上に、ｎ型不純物としてＳｉが添加されたｎ型クラッド層３０２が形成される。次いで、ｎ型クラッド層３０２上に、ＡｌＧａＡｓ等の材料で構成されるＭＱＷ構造を備える活性層３０３が形成される。次いで、活性層３０３上にｐ型不純物としてＺｎが添加されたｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層３０４が形成される。次いで、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層３０４上にｐ型不純物としてＺｎが添加されたｐ型ＧａＡｓキャップ層３０５が形成される。これらの層の形成方法は例えば、前述した原料ガスを用いたＭＯＣＶＤ法による。
【００３８】
次いで、ｐ型ＧａＡｓキャップ層３０５上に酸化シリコン系膜３０８が形成される。酸化シリコン系膜３０８は、ＳｉＯｘである。酸化シリコン系膜３０８は後続のエッチング工程などのためのマスク材料となるべきものである。
【００３９】
一般に、半導体レーザー素子などの半導体光装置の製造工程においては、前述した酸化シリコン系の膜を製膜するプロセスを有する。そして、酸化シリコン系の膜を製膜する製膜装置では、その管理維持のために広く用いられているフッ素が製膜装置内に一定量存在するものである。フッ素が一定量存在する雰囲気中で、比較例のように酸化シリコン系の膜を製膜する処理が実施されると、その処理が高温を伴うなどの理由により、製造中の半導体光装置にフッ素が浸入してしまうことがある。
【００４０】
また、フッ素は製造ラインの環境系にも含まれるものである。よって製造ラインの環境系に起因して半導体光装置にフッ素が浸入してしまうことも考えられる。そして、製造プロセス中にフッ素が浸入した半導体光装置は、活性層やクラッド層などといった半導体光装置の特性を決定づける場所に結晶欠陥や結晶転移を生じることがある。このような結晶欠陥や結晶転移は、活性層およびクラッド層にＡｌを含む材料を用いたときに顕著である。そして、このようなフッ素の混入に起因する結晶欠陥、結晶転移などにより、半導体光装置の特性が劣化したり、信頼性に悪影響が見られたりする問題があった。
【００４１】
前述の弊害を回避するために、フッ素自体を製膜装置或いはラインの環境系から除去することも考えられる。しかしながら、製膜装置におけるフッ素はその維持管理上必要なものであるし、ラインの環境系のフッ素は完全に除去することが容易ではないことから、前述の弊害を回避する事が困難であるという問題があった。上述してきたように比較例の半導体光装置の製造方法ではそのプロセスにおいてフッ素が浸入するため半導体光装置の特性が劣化したり、信頼性に悪影響が見られたりする問題があった。
【００４２】
本実施形態の半導体光装置の製造方法によれば、前述の問題を回避できる。本実施形態では、酸化シリコン系膜２０９形成時や、それに続くプロセスにおけるフッ素の半導体光装置への浸入は活性層保護膜２０７によって抑制される。特に、活性層保護膜２０７は、Ａｌを含む層であるｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２０２、活性層２０３、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２０４、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２０６の上層にこれらを覆うように形成されているから、これらの層へフッ素が浸入することを防止できる。従って製膜装置およびラインの環境系にフッ素が存在しても、半導体光装置の特性劣化や信頼性への悪影響を回避できる。また、本実施形態の半導体光装置の製造方法では、活性層保護膜２０７が除去されるとｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２０６の清浄かつ平坦な表面を得ることができる。これは、活性層保護膜２０７がその下層のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２０６と選択性よくエッチングできるためである。すなわち選択エッチングが可能となる。これにより結晶欠陥等による歩留まりの低下を回避できる。そして前述の清浄かつ平坦な表面にｐ型クラッド層の再成長をエピタキシャル成長で行うことができる。
【００４３】
本実施形態では酸化シリコン系膜２０９としてＳｉＯｘを用いたが本発明はこれに限定されない。すなわち、酸化シリコン系膜２０９に替えてＳｉＮなどの窒化シリコン系膜を用いても、高温処理時にフッ素の半導体光装置への浸入を抑制できるから本発明の効果を得られる。
【００４４】
本実施形態では活性層保護膜２０７としてｎ型ＧａＩｎＰ層を用いたが本発明はこれに限定されない。活性層保護膜としてＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰのいずれかを用いても本発明の効果であるフッ素の半導体光装置への浸入抑制効果を得られる。すなわち、活性層保護膜としてリン系ＩＩＩ−Ｖ族半導体層が形成されていれば本発明の効果を得られることになる。
【００４５】
本実施形態では、本発明の半導体光装置の製造方法を用いて製造されるのは図１６に示すリッジ導波型レーザとしたが本発明はこれに限定されない。すなわち、本実施形態の半導体光装置の製造方法は活性層保護膜を形成しフッ素浸入抑制効果を得ることに特徴があるため、半導体光装置は図１８に示される電流狭窄構造を備える埋込型レーザであっても良い。図１８に示す構造では、リッジエッチングにより除去された斜面部は半導体エピタキシャル層２３に埋め込まれている。そして、ｐ型電極２２４は、リッジ部を構成する層２０６、２０７、２０８及び半導体エピタキシャル層２３の上面全面に形成されている。
【００４６】
本実施形態では、ＧａＡｓキャップ層２０８を用いたがＧａＡｓキャップ層２０８がなくても本発明の効果は得られる。すなわち、図１９に示すようにＧａＡｓ基板２０１〜活性層保護膜２０７の各層が形成された後に、酸化シリコン系膜２０９を形成しても活性層保護膜２０７による本発明の効果が得られる。
【００４７】
本実施形態では、ＧａＡｓキャップ層２０８、ＡｌＧａＡｓクラッド層２０６、ＡｌＧａＡｓクラッド層２０４はｐ型の導電型とし、活性層保護膜２０７、ＡｌＧａＡｓクラッド層２０２をｎ型の導電型としたが本発明はこれに限定されない。すなわち上述の各層の導電型を反転させても本発明の効果を失わない。また、上述の各層に他の材料を用いても活性層保護膜によるフッ素の浸入抑制効果は得られる。よって、活性層保護膜２０７としてリン系ＩＩＩ−Ｖ族半導体層が形成されている限りにおいては、他の層の構成や導電型の組み合わせは限定されない。例えば、図２０のように、ＧａＡｓ基板２０１上にｎ型ＧａＩｎＰ、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰのいずれかで構成される下部クラッド層２１２を形成し、その後、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２０２〜酸化シリコン系膜２０９までの各層を形成しても良い。
【００４８】
実施の形態４．
本実施形態は半導体光装置へのフッ素の浸入を抑制した、窓構造を備える半導体光装置の製造方法に関する。本実施形態の半導体光装置の製造方法は図２１を参照して説明する。図２１は本実施形態の半導体光装置の製造方法によって製造された半導体光装置の斜視図である。なお、図２１において図１６と同一の符号で表される層は、実施の形態３の説明と同様の工程で同様の材料を用いて形成されるため説明を省略する。また、本実施形態の半導体光装置の製造方法は後述する窓構造形成工程に加えて、実施の形態３で説明した工程を備えるものとする。
【００４９】
図２１の構成が図１６の構成と異なる点は、窓構造２３０を備えている点である。窓構造２３０はレーザ光の出射端面に形成されている。窓構造２３０は出射端面における活性層２０３などを無秩序化することによりバンドギャップが大きくなるように形成された部分である。本実施形態の窓構造２３０は以下のように形成される。すなわち、実施の形態３と同様にリン系ＩＩＩ−Ｖ族半導体層である活性層保護膜、キャップ層、酸化シリコン系膜が形成された後、酸化シリコン系膜からＳｉを拡散させ活性層２０３の無秩序化を行う。活性層保護膜、キャップ層、酸化シリコン系膜の定義は実施の形態３と同様である。ここで、活性層２０３の無秩序化を行うべきＳｉは活性層保護膜中及びキャップ層を拡散する必要がある。よって活性層２０３の無秩序化を行うべきＳｉが活性層２０３の無秩序化を十分に実施できるかは、活性層保護膜とキャップ層の膜厚に大きく依存する。
【００５０】
前述の無秩序化を行う観点からは活性層保護膜とキャップ層の膜厚は薄い方が好ましい。しかしながら、活性層保護膜とキャップ層の薄膜化を行い過ぎると半導体光装置へのフッ素の浸入を抑制できない。よって活性層保護膜とキャップ層の層厚としては、Ｓｉ拡散による活性層等の無秩序化を可能とし、かつフッ素の浸入を抑制するものでなければならない。本実施形態では前述の要件を考慮し、活性層保護膜とキャップ層の層厚の和を１５ｎｍ以下のいずれかの値としている。さらに、より望ましくはキャップ層の層厚は５〜１０ｎｍであり、活性層保護膜の層厚は５〜１０ｎｍの範囲内である。本実施形態のキャップ層、活性層保護膜はともにこの値の範囲内である。
【００５１】
本実施形態では、活性層保護膜とキャップ層の層厚の和を１５ｎｍ以下、かつ活性層保護膜とキャップ層各層の層厚を５〜１０ｎｍとしている。よってＳｉ拡散により活性層等の無秩序化を行い、それと同時に半導体光素子へのフッ素の浸入も抑制できる。
【００５２】
本実施形態では活性層保護膜とキャップ層の層厚の和を１５ｎｍ以下、かつ活性層保護膜とキャップ層各層の層厚を５〜１０ｎｍとしているが本発明はこれに限定されない。すなわち、キャップ層が形成されない場合には活性層保護膜の膜厚を０ｎｍより厚い１５ｎｍ以下のいずれかとすれば、端面無秩序化のためのＳｉ拡散とフッ素の浸入抑制が可能であるから本発明の効果を得られる。なお、前述した通り活性層保護膜の膜厚の下限は０ｎｍより厚ければ良いが、そのような下限値としてより望ましいのは２ｎｍである。
【符号の説明】
【００５３】
８  p-クラッド層
９  キャップ層
１０  スルー層
１０６  スルー層エッチング工程
１０８  キャップ層エッチング工程
４７  p-クラッド層
４８  第２キャップ層
４９  第1キャップ層
５０  スルー層
１１０  第1キャップ層エッチング工程
１１２  第２キャップ層エッチング工程
２０３  活性層
２０７  活性層保護膜
２０９  酸化シリコン系膜
２０２  ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
２０４  ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
２０６  ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
２０８  キャップ層
２３０  窓構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
0005673600.tif 000004
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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