(57)【要約】【課題】リッジ部の加工精度を改善でき、キンクの発生を十分に抑制できる半導体レーザ素子の製造方法を提供すること。【解決手段】半導体層１０１の表面にマスク１１６を形成する工程を含む。マスク１１６は、リッジ部を形成すべき領域の両側に沿って一対のストライプ状開口部１１５，１１５を有するとともに、半導体レーザ素子を形成すべき領域とは異なる領域にストライプ状開口部１１５の幅寸法よりも大きい寸法をもつエッチングモニタ用開口部１１７を有する。マスク１１６を用いて半導体層１０１のドライエッチングを、エッチングモニタ用開口部１１７を通してドライエッチングの進行を観測しながら行う。エッチングマーカー層１０８に対するドライエッチングの進行に応じた所定のタイミングで上記ドライエッチングを停止させて、各ストライプ状開口部１１５の直下にそれぞれ凹部を形成することで上記リッジ部を形成する。【選択図】図３
2008047663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にストライプ状のリッジ部を含む導波路を形成する半導体レーザ素子の製造方法において、
上記半導体基板上に、活性層と、第一上クラッド層と、この第一上クラッド層とは組成が異なるエッチングマーカー層と、上記エッチングマーカー層とは組成が異なる第二上クラッド層とを少なくとも順に含む半導体層を積層する工程と、
上記半導体層の表面にマスクを形成する工程を含み、上記マスクは、上記半導体層の表面のうち、上記リッジ部を形成すべき領域の両側に沿って一対のストライプ状開口部を有するとともに、上記半導体レーザ素子を形成すべき領域とは異なる領域に上記ストライプ状開口部の幅寸法よりも大きい寸法をもつエッチングモニタ用開口部を有し、さらに、
上記マスクを用いて上記半導体層のドライエッチングを、上記エッチングモニタ用開口部を通して上記ドライエッチングの進行を観測しながら行い、上記エッチングマーカー層に対する上記ドライエッチングの進行に応じた所定のタイミングで上記ドライエッチングを停止させて、上記各ストライプ状開口部の直下にそれぞれ凹部を形成することで上記リッジ部を形成する工程を含む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】
請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記ドライエッチングに先立って、上記エッチングモニタ用開口部の直下におけるドライエッチングレートと上記ストライプ状開口部の直下におけるドライエッチングレートとを測定する工程を含み、
上記二つのドライエッチングレート間の相違に基づいて、上記ドライエッチングを停止させる上記タイミングとして、上記エッチングモニタ用開口部の直下では上記エッチングマーカー層が消失する一方、上記各ストライプ状開口部の直下では、上記エッチングマーカー層上に上記第二上クラッド層の一部が層状に残存するようなタイミングを設定することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記ストライプ状開口部の１本の幅寸法が２０μｍ以下であり、かつ、上記エッチングモニタ用開口部の幅寸法が１ｍｍ以上であることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記エッチングモニタ用開口部を通して上記ドライエッチングの進行を観測する方法は、外部から上記エッチングモニタ用開口部を通して上記半導体層に光を照射して、上記半導体層に含まれた上記各層によって反射された反射光の干渉波形を観測する方法であることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記第一上クラッド層、上記第二上クラッド層がそれぞれＡｌＧａＩｎＰからなり、
上記エッチングマーカー層がＧａＩｎＰからなることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記干渉波形を観測するための光の波長が４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下であることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記半導体基板がＧａＡｓからなり、
上記活性層の下にＡｌＧａＩｎＰからなる下クラッド層を備え、
上記活性層がＡｌＧａＩｎＰとＧａＩｎＰとを交互に積層してなる量子井戸層であり、
上記第一上クラッド層、第二上クラッド層がそれぞれＡｌＧａＩｎＰからなり、
上記エッチングマーカー層と上記活性層との間の層厚方向の距離が０．２μｍ以上０．４μｍ以下であることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記ドライエッチングを停止させた後、ウェットエッチング法を用いて、上記ストライプ状開口部の直下で上記エッチングマーカー層上の上記第二上クラッド層が消失するまで選択的にエッチングを行うことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項９】
半導体基板上に順に積層された下クラッド層と、活性層と、第一上クラッド層と、上記第一上クラッド層とは組成が異なるエッチングマーカー層と、上記エッチングマーカー層とは組成が異なる第二上クラッド層と、電極とオーミック接触するためのコンタクト層とを少なくとも含む半導体層を備え、
上記半導体層の表面に、この表面から上記第二上クラッド層の途中に至る深さに一対のストライプ状凹部が形成され、その一対のストライプ状凹部の間の上記半導体層からなり、上記半導体基板の表面に対して実質的に垂直な側面をもつリッジ部と、上記一対のストライプ状凹部の外側の上記半導体層からなるリッジテラス部とで導波路が構成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体レーザ素子を光源として備えたことを特徴とする光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体レーザ素子の製造方法に関し、より詳しくは、半導体レーザ素子のリッジ部を形成する方法に関する。
【０００２】
また、この発明は、そのような半導体レーザ素子の製造方法によって作製された半導体レーザ素子に関する。
【０００３】
また、この発明は、そのような半導体レーザ素子を備えた光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
半導体レーザ素子を高出力化する際の大きな課題の一つに、キンク（半導体レーザ素子の光出力−動作電流特性における非直線性のこと）の発生がある。キンクは、半導体レーザの導波路の幅（クラッド層をストライプ状に加工して形成されるリッジ部の幅を指す。）に対し導波路内外の屈折率差Δｎが大きい場合に基本導波モード以外の高次導波モードが発生することによって生じる。また、光出力を大きくするにつれて、導波路内で発生する熱により屈折率差Δｎが増大し、そのことによってもキンクが発生する。キンクを抑制するためには、導波路内の特に水平方向における高次導波モードの発生を抑制することが必要であり、そのためには、リッジ部の幅をより狭くすることが効果的である。
【０００５】
リッジ部の幅を微細化しようとする場合、ドライエッチング法を用いてリッジ部を形成することによって、ウェットエッチング法を用いる場合に比して、リッジ部の幅をより狭く形成することができる。この理由は、ドライエッチング法の利点として異方性エッチングが実現できるため、幅・形状の加工制御性が向上するからである。しかし一方で、ドライエッチング法を用いてリッジ部を形成する場合、ウェットエッチング法では一般的となっている選択エッチングの手法が使いづらいという不利な点がある。したがって、ドライエッチング法ではエッチング量（深さ）を制御することがウェットエッチング法に比べて困難になる。そこで、ドライエッチング法によるリッジ部の加工の際は、条件だしを行って事前にエッチングレートを求めておき、所望の深さだけエッチングするのに必要なエッチング時間を算出して、エッチングを開始してからその時間が経過したところでエッチングを停止させるということが一般的に行われてきた。
【０００６】
このリッジ部の加工の際には、深さ方向に関して少なくとも１μｍ〜２μｍエッチングしたいのに対し、例えば±１０ｎｍ〜数１０ｎｍの精度でエッチングを制御すること要求される。しかしながら、前述の一般的な方法では、被エッチング半導体層の厚さばらつきやドライエッチングのエッチング量自体のばらつきなどにより、エッチング量を十分に制御できないという問題がある。その結果、キンクの抑制に重要なもう一つの観点であるリッジ導波路脇のクラッド層厚の制御が不安定になり、結果としてキンクが発生することがあった。
【０００７】
そこで、例えば特許文献１（特開平３−６８７７号公報）や特許文献２（特許第２６０１２２９号明細書）には、クラッド層成長段階でリッジ部の下部に相当する深さに終点検出層（クラッド層とは組成が異なる層）を介挿しておき、この終点検出層を用いてドライエッチングによるリッジ部の加工の際のエッチング量（深さ）制御精度を向上させる方法が提案されている。
【特許文献１】特開平３−６８７７号公報
【特許文献２】特許公報２６０１２２９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述の提案された方法では、終点検出層が存在することによって、最終的なリッジ部の側面の垂直性を阻害する要因となることがあった。すなわち、これらの提案された方法では、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、リッジ部９２０の側面にクラッド層（リッジ部の大部分を構成する層）とは組成の異なる終点検出層９５０が露出して、その終点検出層９５０が部分的に出っ張ったり（図８（Ａ）参照）、あるいは引っ込んだりする（図８（Ｂ）参照）という問題があった。この原因は、ドライエッチングによる加工後に、化学エッチャントを用いてドライエッチング時の反応生成物とダメージの除去を行う際、終点検出層９５０のエッチング特性がクラッド層のエッチング特性とは異なるからである。
【０００９】
このように、リッジ部の側面の垂直性が阻害されると、結局、キンクの発生を抑制できなくなってしまうという問題がある。さらには、リッジ部を被覆する絶縁膜や電極の段切れ（リッジ部の側面の凹凸によって絶縁膜や電極が不連続となる現象を指す。）の原因になることもある。
【００１０】
そこで、この発明の主たる課題は、リッジ部の加工精度を改善でき、したがってキンクの発生を十分に抑制できる半導体レーザ素子の製造方法を提供することにある。
【００１１】
この発明のさらなる課題は、そのような製造方法を用いることにより、キンクの発生を十分に抑制でき、高出力動作が可能な半導体レーザ素子を提供することにある。
【００１２】
また、この発明の課題は、そのような半導体レーザ素子を備えた光ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、この発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
半導体基板上にストライプ状のリッジ部を含む導波路を形成する半導体レーザ素子の製造方法において、
上記半導体基板上に、活性層と、第一上クラッド層と、この第一上クラッド層とは組成が異なるエッチングマーカー層と、上記エッチングマーカー層とは組成が異なる第二上クラッド層とを少なくとも順に含む半導体層を積層する工程と、
上記半導体層の表面にマスクを形成する工程を含み、上記マスクは、上記半導体層の表面のうち、上記リッジ部を形成すべき領域の両側に沿って一対のストライプ状開口部を有するとともに、上記半導体レーザ素子を形成すべき領域とは異なる領域に上記ストライプ状開口部の幅寸法よりも大きい寸法をもつエッチングモニタ用開口部を有し、さらに、
上記マスクを用いて上記半導体層のドライエッチングを、上記エッチングモニタ用開口部を通して上記ドライエッチングの進行を観測しながら行い、上記エッチングマーカー層に対する上記ドライエッチングの進行に応じた所定のタイミングで上記ドライエッチングを停止させて、上記各ストライプ状開口部の直下にそれぞれ凹部を形成することで上記リッジ部を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００１４】
ここで、「上記エッチングマーカー層に対する上記ドライエッチングの進行に応じた所定のタイミング」とは、例えば上記ドライエッチングの進行により上記エッチングマーカー層が露出若しくは消失したタイミング、またはそのタイミングから所定の時間だけずらして設定されたタイミングを指す。
【００１５】
また、上記マスクとは、例えばフォトリソグラフィ法を用いて形成されたレジストマスクのほか、無機材料であるＳｉＯ２やＳｉＮｘなどを用いたマスクも使用可能である。
【００１６】
この発明の半導体レーザ素子の製造方法では、ドライエッチングを行ってリッジ部を形成するので、ウェットエッチング法を用いる場合に比して、リッジ部の幅をより狭く形成することができる。しかも、この発明では、上記半導体層のドライエッチングを、上記エッチングモニタ用開口部を通して上記ドライエッチングの進行を観測しながら行う。上記エッチングモニタ用開口部は上記ストライプ状開口部の幅寸法よりも大きい寸法をもつので、上記ドライエッチングの進行は容易に観測される。そして、上記エッチングマーカー層に対する上記ドライエッチングの進行に応じた所定のタイミングで上記ドライエッチングを停止させる。これにより、上記各ストライプ状開口部の直下にそれぞれ凹部を形成することで、上記リッジ部を形成する。したがって、上記ドライエッチングの開始からの経過時間によってエッチング量を制御するような方法に比して、この発明では、上記ドライエッチングによる上記凹部の形成（つまり、リッジ部の加工）の際に制御すべきエッチング時間が短くなって、深さ方向に関してエッチング量を精度良く制御できる。したがって、この発明では、リッジ部の側面の垂直性を確保しながらエッチング深さの制御性を向上でき、リッジ部の加工精度を改善できる。この結果、この発明により作製された半導体レーザ素子では、キンクの発生を十分に抑制でき、高出力動作が可能となる。
【００１７】
一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、
上記ドライエッチングに先立って、上記エッチングモニタ用開口部の直下におけるドライエッチングレートと上記ストライプ状開口部の直下におけるドライエッチングレートとを測定する工程を含み、
上記二つのドライエッチングレート間の相違に基づいて、上記ドライエッチングを停止させる上記タイミングとして、上記エッチングモニタ用開口部の直下では上記エッチングマーカー層が消失する一方、上記各ストライプ状開口部の直下では、上記エッチングマーカー層上に上記第二上クラッド層の一部が層状に残存するようなタイミングを設定することを特徴とする。
【００１８】
この一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記ドライエッチング後に上記各ストライプ状開口部の直下では、上記凹部の底に上記第二上クラッド層の一部（これを「第二上クラッド下部層」と呼ぶ。）が層状に残存する。したがって、上記ドライエッチングによる上記凹部の形成（つまり、リッジ部の加工）の際に、上記エッチングマーカー層が露出することがない。この結果、上記リッジ部の加工精度をさらに改善できる。また、上記ストライプ状開口部の幅寸法が半導体レーザ素子のリッジ部の形成用のものであるから、上記ドライエッチングを行う工程で、マイクロローディング効果により、上記ストライプ状開口部の直下におけるドライエッチングレートは上記エッチングモニタ用開口部の直下におけるドライエッチングレートに対して相対的に遅くなる。このため、上記二つのドライエッチングレートは互いに相違する。上記第二上クラッド下部層の厚さは、上記二つのドライエッチングレート間の相違に基づいて上記ドライエッチングを停止させる上記タイミングを設定することで、精度よく制御される。したがって、上記リッジ部の加工精度をさらに改善できる。
【００１９】
一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記ストライプ状開口部の１本の幅寸法が２０μｍ以下であり、かつ、上記エッチングモニタ用開口部の幅寸法が１ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００２０】
この一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記ストライプ状開口部の１本の幅寸法が２０μｍ以下であり、かつ、上記エッチングモニタ用開口部の幅寸法が１ｍｍ以上であるから、上記ドライエッチングを行う工程でマイクロローディング効果が確実に発揮される。すなわち、上記エッチングモニタ用開口部の直下におけるエッチングレートに対して、上記ストライプ状開口部の直下におけるエッチングレートを相対的に遅くすることができる。その結果、エッチングモニタ用開口部とストライプ状開口部を同時にドライエッチングし始めても、上記エッチングモニタ用開口部のエッチングの方が先にエッチングマーカー層まで到達するようになる。したがって、上記エッチングモニタ用開口部の直下では上記エッチングマーカー層が消失する一方、上記各ストライプ状開口部の直下では、上記エッチングマーカー層上に上記第二上クラッド層の一部が層状に残存するようなタイミングの設定が容易になる。
【００２１】
一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記エッチングモニタ用開口部を通して上記ドライエッチングの進行を観測する方法は、外部から上記エッチングモニタ用開口部を通して上記半導体層に光を照射して、上記半導体層に含まれた上記各層によって反射された反射光の干渉波形を観測する方法であることを特徴とする。
【００２２】
この一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記エッチングモニタ用開口部よりも幅の狭い上記ストライプ状開口部におけるエッチングの進行とは独立して上記エッチングモニタ用開口部におけるドライエッチングの進行だけが観測される。そして、上記半導体層に含まれた上記各層によって反射された反射光の干渉波形を観測するので、上記エッチングモニタ用開口部を通して、上記エッチングマーカー層に対する上記ドライエッチングの進行を容易に観測できる。
【００２３】
なお、上記エッチングモニタ用開口部を通して上記半導体層に照射する光は、特定の波長を有する単色光であってもよいが、ブロードな波長スペクトルを有する、いわゆる白色光であってもよい。白色光を照射する場合には、その反射光を分光して単色光に変換した後、干渉波形を観察することによって、上記ドライエッチングの進行を観測することができる。
【００２４】
一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、
上記第一上クラッド層、上記第二上クラッド層がそれぞれＡｌＧａＩｎＰからなり、
上記エッチングマーカー層がＧａＩｎＰからなることを特徴とする。
【００２５】
この一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記第一上クラッド層、上記第二上クラッド層に対してエッチングマーカー層の屈折率差を大きくできる。その結果、上記反射光の干渉波形によって、上記エッチングマーカー層に対する上記ドライエッチングの進行を容易に観測できる。
【００２６】
一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記干渉波形を観測するための反射光の波長が４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２７】
この一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記第一上クラッド層、上記第二上クラッド層がそれぞれＡｌＧａＩｎＰからなり、上記エッチングマーカー層がＧａＩｎＰからなる場合に、上記エッチングモニタ用開口部において、波長が６５０ｎｍ以下の反射光について、その干渉波形を観測することによって、上記エッチングマーカー層と上記第一上クラッド層の境界を識別する明瞭な干渉波形を観察することができるようになる。なお、上記第二上クラッド層上にＧａＡｓからなるコンタクト層が設けられている場合も、同様である。また、上記エッチングモニタ用開口部において、波長が４００ｎｍ以上の反射光について、その干渉波形を観測しているので、エッチング状態を観測するためのドライエッチング装置の窓部の汚れ（ドライエッチングを行うことによって窓の内側に付着物が発生する）の影響を受けずに、エッチング状態を観察することができるようになる。
【００２８】
一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、
上記半導体基板がＧａＡｓからなり、
上記活性層の下にＡｌＧａＩｎＰからなる下クラッド層を備え、
上記活性層がＡｌＧａＩｎＰとＧａＩｎＰとを交互に積層してなる量子井戸層であり、
上記第一上クラッド層、第二上クラッド層がそれぞれＡｌＧａＩｎＰからなり、
上記エッチングマーカー層と上記活性層との間の層厚方向の距離が０．２μｍ以上０．４μｍ以下であることを特徴とする。
【００２９】
ここで、「上記エッチングマーカー層と上記活性層との間の距離」とは、活性層の内、最もエッチングマーカー層寄りの量子井戸層の直上からエッチングマーカー層までの距離と定義する。
【００３０】
この一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記基板、下クラッド層、活性層、上クラッド層の組合せにより赤色の半導体レーザ素子が製造される。そのとき、赤色半導体レーザ素子として適正なΔｎをもつ導波路が形成される。また、上記エッチングマーカー層と上記活性層との間の層厚方向の距離が０．２μｍ以上０．４μｍ以下であるから、上記ドライエッチングを行うことによって、上記エッチングモニタ用開口部の直下では上記エッチングマーカー層が消失する一方、上記各ストライプ状開口部の直下では、上記エッチングマーカー層上に上記第二上クラッド層の一部が層状に残存する状態を容易に実現できる。
【００３１】
一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記ドライエッチングを停止させた後、ウェットエッチング法を用いて、上記ストライプ状開口部の直下で上記エッチングマーカー層上の上記第二上クラッド層が消失するまで選択的にエッチングを行うことを特徴とする。
【００３２】
この発明の半導体レーザ素子の製造方法では、既述のように、上記ドライエッチングを行う工程でエッチング精度が向上することから、上記ストライプ状開口部の直下では、上記エッチングマーカー層の直近までドライエッチングを進行させて停止させることができる。したがって、この一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記ストライプ状開口部の直下で上記エッチングマーカー層上の上記第二上クラッド層が消失するまでのウェットエッチングの時間を短縮できる。したがって、リッジ部の側面が横方向（半導体基板の表面と平行な方向）にエッチングされる時間が短くなって、半導体材料の面方位に起因して生じるような、上記リッジ部の側面の垂直性からのずれを抑制することが可能になる。
【００３３】
この発明の半導体レーザ素子は、
半導体基板上に順に積層された下クラッド層と、活性層と、第一上クラッド層と、上記第一上クラッド層とは組成が異なるエッチングマーカー層と、上記エッチングマーカー層とは組成が異なる第二上クラッド層と、電極とオーミック接触するためのコンタクト層とを少なくとも含む半導体層を備え、
上記半導体層の表面に、この表面から上記第二上クラッド層の途中に至る深さに一対のストライプ状凹部が形成され、その一対のストライプ状凹部の間の上記半導体層からなり、上記半導体基板の表面に対して実質的に垂直な側面をもつリッジ部と、上記一対のストライプ状凹部の外側の上記半導体層からなるリッジテラス部とで導波路が構成されていることを特徴とする。
【００３４】
この半導体レーザ素子は、上述の発明の半導体レーザ素子の製造方法によって作製される。この半導体レーザ素子では、キンクの発生を十分に抑制でき、高出力動作が可能となる。
【００３５】
また、この発明の光ディスク装置は、上記半導体レーザ素子を光源として備えたことを特徴とする光ディスク装置である。
【００３６】
この光ディスク装置では、光源としての半導体レーザ素子がキンクの発生を十分に抑制できるので、従来の半導体レーザ素子に比して、より高出力まで動作する。この結果、この発明の光ディスク装置では、従来の光ディスク装置よりも高速な読み書きが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３８】
以下、この発明の半導体レーザ素子とその製造方法および光ディスク装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３９】
なお、以下の説明では、「ｎ−」、「ｐ−」はそれぞれｎ型、ｐ型を表す。また、本明細書を通じて、「上」とは、基板から離れる方向を意味し、「下」とは、基板へ近づく方向を意味する。結晶成長は「下」から「上」の方向へ向かって進行する。
【００４０】
〔第一実施形態〕
図１は、この発明の一実施形態の製造方法により作製された半導体レーザ素子の構造を示している。
【００４１】
この半導体レーザ素子は、出射光の波長が６５０ｎｍである赤色の半導体レーザ素子であり、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、順に積層されたｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ下クラッド層１０３、（Ａｌ０．５４５Ｇａ０．４５５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ下ガイド層１０４、多重歪量子井戸活性層１０５、（Ａｌ０．５４５Ｇａ０．４５５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ上ガイド層１０６、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第一上クラッド層１０７、Ｇａ０．６３Ｉｎ０．３７Ｐエッチングマーカー層１０８、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第二上クラッド層１０９、ｐ−Ｇａ０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ中間層１１０、およびｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層１１１を備えている。
【００４２】
基板１０１上に積層された半導体層のうち、コンタクト層１１１の表面から第二上クラッド層１０９の途中に至る深さをもつ一対のストライプ状凹部１２８，１２８がエッチングにより形成されている。この一対のストライプ状凹部１２８，１２８の間の半導体層からなるリッジ部１２０と、一対のストライプ状凹部１２８，１２８の外側の半導体層からなるリッジテラス部１２１，１２１とで導波路１３０が構成されている。
【００４３】
第二上クラッド層１０９のうち、コンタクト層１１１、中間層１１０とともにストライプ状のリッジ部１２０およびリッジテラス部１２１を形成する部分を「第二上クラッド上部層１０９ａ」と呼び、ストライプ状凹部１２８の底面よりも下に相当する部分を「第二上クラッド下部層１０９ｂ」と呼ぶ。本実施形態において、第二上クラッド下部層１０９ｂの厚さは、０．０５μｍである。また、各ストライプ状凹部１２８の幅寸法、つまりリッジ部１２０とリッジテラス部１２１の横方向の間隔は１０μｍである。
【００４４】
一対のストライプ状凹部１２８，１２８の内面およびリッジテラス部１２１の上面を覆うように、ＳｉＯ２からなる絶縁層１１２が形成されている。絶縁層１１２およびリッジ部１２０をなすｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層１１１の上面を覆うように、ｐ側電極１１３が形成されている。また、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１の上記半導体層が積層されている側と反対側の面（裏面）には、ｎ側電極１１４が形成されている。ｐ側電極１１３、ｎ側電極１１４は、それぞれリッジ部１２０をなすコンタクト層１１１の上面、基板１０１の裏面とオーミック接触している。
【００４５】
次に、図２から図５を参照しながら、図１の半導体レーザ素子の製造方法を説明する。
【００４６】
まず図２に示すように、３インチ径のｎ−ＧａＡｓ基板（ウエハ）１０１の（１００）面上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２（層厚：５００ｎｍ）、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ下クラッド層１０３（層厚：２．８μｍ）、（Ａｌ０．５４５Ｇａ０．４５５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ下ガイド層１０４（層厚：３５ｎｍ）、多重歪量子井戸活性層１０５、（Ａｌ０．５４５Ｇａ０．４５５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ上ガイド層１０６（層厚：３５ｎｍ）、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第一上クラッド層１０７（層厚：２４０ｎｍ）、Ｇａ０．６３Ｉｎ０．３７Ｐエッチングマーカー層１０８（層厚：１３ｎｍ）、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第二上クラッド層１０９（層厚：１．２μｍ）とｐ−Ｇａ０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ中間層１１０（層厚：３５ｎｍ）、ｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層１１１（層厚：５００ｎｍ）を順次、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）にて結晶成長させる。
【００４７】
上記多重歪量子井戸活性層１０５は、Ｇａ０．４４５Ｉｎ０．５５５Ｐ量子井戸層（層厚：５ｎｍ、４層）と（Ａｌ０．５４５Ｇａ０．４５５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ障壁層（基板側から層厚：２０ｎｍ、６．３ｎｍ×３層、２０ｎｍ）とを交互に積層して形成されている。なお、多重歪量子井戸活性層１０５の構造は、この発明の本質とは直接関係ないため、多重歪量子井戸活性層１０５の詳細な断面構造は図示していない。
【００４８】
次に、図３に示すように、フォトリソグラフィを行って、この状態の基板１０１の表面にレジストマスク１１６を形成する。図３の上半分には基板１０１の全体を斜め上方から見たところが示され、図３の下半分には基板１０１の中央部付近の断面が模式的に示されている。
【００４９】
図３から分かるように、このレジストマスク１１６は、基板１０１の表面のうち、各半導体レーザ素子を形成すべき領域内で各ストライプ状凹部１２８を形成すべき領域にストライプ状開口部１１５を有するとともに、半導体レーザ素子を形成すべき領域とは異なる領域（基板１０１の略中央部）にストライプ状開口部１１５の幅寸法よりも大きい寸法をもつエッチングモニタ用開口部１１７を有する。
【００５０】
レジストマスク１１６のうち、リッジ部１２０を形成すべき領域を覆う部分１１６ａの幅寸法は１．２μｍであり、リッジテラス部１２１を形成すべき領域を覆う部分１１６ｂの幅寸法は１７８．８μｍに設定されている。また、これらの二つの部分１１６ａ、１１６ｂの間隔は、ストライプ状凹部１２８の幅寸法に一致して、１０μｍに設定されている。
【００５１】
エッチングモニタ用開口部１１７は、このエッチングモニタ用開口部１１７を通して、次工程でドライエッチングの進行を観測するために設けられている。エッチングモニタ用開口部１１７の寸法は、ドライエッチングの進行を容易に観測できるように、ストライプ状開口部の幅よりも大きい２ｍｍ角に設定されている。
【００５２】
次に、図４に示すように、レジストマスク１１６を用いて上記基板１０１上に積層された半導体層のドライエッチングを、エッチングモニタ用開口部１１７を通してドライエッチングの進行を観測しながら行う。
【００５３】
このドライエッチングを行うには、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）ドライエッチング装置を使用し、エッチングガスはＣｌ２、ガス圧は０．０１Ｔｏｒｒとする。
【００５４】
上記基板１０１上に積層された半導体層のうち実際にドライエッチングされるのは、各ストライプ状開口部１１５の直下の領域と、エッチングモニタ用開口部１１７の直下の領域である。なお、上記半導体層のうち、エッチングモニタ用開口部１１７の直下の領域を「モニタ領域１１８」と呼ぶものとする。
【００５５】
上記エッチングモニタ用開口部１１７を通してドライエッチングの進行を観測する方法としては、外部から上記エッチングモニタ用開口部１１７を通してモニタ領域１１８に可視光ＶＬを照射して、モニタ領域１１８の半導体層に含まれた各層によって反射された反射光ＶＬ′の干渉波形を観測する方法を採用する。
【００５６】
このとき、モニタ領域１１８の幅寸法が２ｍｍであるのに対し、各ストライプ状開口部１１５の幅は１０μｍと十分に小さいので、マイクロローディング効果により、モニタ領域１１８に比べて幅の狭いストライプ状開口部１１５の直下ではエッチングレートが遅くなる。したがって、半導体層中のエッチングマーカー層の形成位置とエッチング時間を適切に設定すれば、モニタ領域１１８ではエッチングマーカー層１０８が消失する一方、各ストライプ状開口部１１５の直下では、エッチングマーカー層１０８上に第二上クラッド層１０９の一部１０９ｂが層状に残存する状態を実現できるようになる。
【００５７】
すなわち、まず、ストライプ状開口部１１５の直下におけるエッチングレートと、モニタ領域１１８におけるエッチングレートとを測定しておく。本実施形態の構成・ドライエッチング条件の場合、ストライプ状開口部１１５の直下のエッチングレートは、モニタ領域１１８（エッチングモニタ用開口部１１７）のエッチングレートの９０％であった。
【００５８】
エッチングマーカー層１０８（層厚：１３ｎｍ）の形成位置は、既述のように、第一上クラッド層１０７（層厚：２４０ｎｍ）と第二上クラッド層１０９（層厚：１．２μｍ）との間、つまり、上クラッド層１０７，１０８のトータルの厚さに対して下から約２割程度に相当する位置に設定しておく。
【００５９】
そして、上記エッチングマーカー層１０８に対するドライエッチングの進行に応じた所定のタイミングでドライエッチングを停止させて、各ストライプ状開口部１１５の直下に、それぞれその開口部１１５の形状に対応したパターンのストライプ状凹部１２８を形成する。これにより、モニタ領域１１８ではエッチングマーカー層１０８が消失する一方、各ストライプ状開口部１１５の直下では、エッチングマーカー層１０８上に第二上クラッド層１０９の一部１０９ｂが層状に残存する状態を実現できる。
【００６０】
本実施形態では、モニタ領域１１８でエッチングマーカー層１０８が消失してさらに第一上クラッド層１０７が１００ｎｍエッチングされたタイミングでドライエッチングを停止させた。その時、ストライプ状開口部１１５の直下ではエッチングマーカー層１０８の上７１．８ｎｍのところでエッチングが停止していた。
【００６１】
その後、バッファードＨＦ（ふっ酸）を用いて第二上クラッド層１０９の表面側の一部をウェットエッチングすることによって、ドライエッチングによる反応生成物とダメージ層の除去を行う。
【００６２】
その結果、最終的にモニタ領域１１８においてはエッチングマーカー層１０８を越えて第一上クラッド層１０７の中ほどまでエッチングが進行する一方、各ストライプ状開口部１１５の直下にそれぞれストライプ状凹部１２８が形成される。一対のストライプ状開口部１１５，１１５の間のリッジ部１２０と、一対のストライプ状開口部１１５，１１５の外側のリッジテラス部１２１とで導波路が構成される。各ストライプ状凹部１２８の直下に残存する第二上クラッド下部層１０９ｂの厚さは０．０５μｍになる。
【００６３】
続いて、図５に示すように、この上にプラズマＣＶＤ法を用いて厚さ１５０ｎｍのＳｉＯ２を成膜し、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、そのＳｉＯ２膜をリッジ部１２０上部のコンタクト層１１１が露出するように加工して、絶縁膜１１２として残す。さらに、この上に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕの順に金属薄膜を蒸着して、コンタクト層１１１の上面とオーミック接触するｐ側電極１１３を形成する。
【００６４】
ｐ側電極１１３の形成後、図１に示したように、基板１０１を裏面側から所望の厚み（ここでは、約１１０μｍ）にまで、ラッピング法により研削する。そして、裏面側から抵抗加熱蒸着法を用いて、ｎ側電極材料としてＡｕＧｅ合金（Ａｕ８８％とＧｅ１２％との合金）、Ｎｉ、Ａｕを積層形成し、Ｎ２雰囲気中で３９０℃で１分間加熱し、ｎ側電極材料のアロイ処理を行う。こうして、基板１０１の裏面にｎ側電極１１４を形成する。
【００６５】
上記工程を経て得られたウエハを、所望の共振器長（ここでは、１５００μｍ）を有する複数のバーに分割した後、上記バーに端面コーティングを行い、さらに上記バーをチップ（１５００μｍ×２００μｍ）に分割する。分割後のチップをサブマウントに実装した後、サブマウントごとステムにダイボンドし、更にワイヤーボンディングを実施して半導体レーザ素子が完成する。
【００６６】
このように、この半導体レーザ素子の製造方法では、エッチングマーカー層１０８に対するドライエッチングの進行に応じた所定のタイミングでドライエッチングを停止させる。したがって、コンタクト層１１１のエッチング開始からの経過時間でエッチング量を制御するような場合に比べて、制御すべきエッチング時間が短くなる。その結果、残存する第二クラッド下部層１０９ｂの厚さの精度が大幅に向上する。この結果、作製された半導体レーザ素子では、キンクの発生を十分に抑制でき、高出力動作が可能となった。
【００６７】
さらに、本実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記モニタ領域１１８ではエッチングマーカー層１０８は消失するが、上記ストライプ状開口部１１５の直下においてはエッチングマーカー層１０８までドライエッチングは到達せず、リッジ部１２０の側面にエッチングマーカー層１０８の断面が露出しない。このことによって、ドライエッチング工程後に反応生成物とダメージ層の除去工程を行っても、図８に示したようなエッチングマーカー層とクラッド層の材質の違いに起因するエッチングマーカー層部のサイドエッチや出っ張りの問題が根本的になくなり、リッジ部１２０の側面の垂直性を保つことが可能になった。
【００６８】
ここで、上記ドライエッチングを停止させる上記タイミングとしては、上記モニタ領域１１８ではエッチングマーカー層１０８は消失するが、上記ストライプ状開口部１１５の直下においてはエッチングマーカー層１０８上に上記第二上クラッド層１０９の一部１０９ｂが層状に残存するようなタイミングを設定する。更に詳しくは、ドライエッチング後の第二上クラッド下部層１０９ｂの厚さは、最終的に形成したい第二上クラッド下部層１０９ｂの厚さと、ドライエッチング後の反応生成物とダメージをウェットエッチングによって除去する際の第二上クラッド下部層１０９ｂの厚さの減り分を勘案して設定すればよい。
【００６９】
これらのことによって、リッジ部１２０の側面の垂直性とエッチング深さの制御性とを高い次元で両立することができるようになり、従来の半導体レーザ素子に比べて、キンクの発生レベルが向上した半導体レーザ素子を製造することが可能になった。また、リッジ部１２０の側面の垂直性が良くなったことで、ＳｉＯ２絶縁膜１１２によってリッジ部１２０を良好に被覆でき、絶縁膜１１２やその上に形成される電極１１３の段切れも抑制できるようなった。
【００７０】
なお、本実施形態においては、上記モニタ領域１１８（エッチングモニタ用開口部１１７）は２ｍｍ×２ｍｍの正方形としたが、もちろんこれに限られるものではなく、矩形、多角形、円形など任意に選択することが可能である。ただし、半導体レーザ素子がストライプ状のリッジ導波路を有していることを考慮すると、ストライプ状開口部１１５に対して平行に細長い矩形とすることによって、ウエハ上で素子化できない無駄な領域を最も減らすことができるようになる。
【００７１】
また、エッチングの進行を観測するために照射する光は、実際には、被エッチングサンプル上で直径数１０μｍから数１００μｍ程度のスポットになるようにレンズなどの光学系を用いて集光する。少なくともこのスポット径と同じサイズ以上の平坦な開口部がないと、観測する干渉波形が乱れてしまう（ノイズが乗ってしまう）ことになる。
【００７２】
本実施形態に示したように、上クラッド層１０７，１０９の材料としてＡｌＧａＩｎＰを使用する場合、エッチングマーカー層１０８の材料としては、ＧａＩｎＰが適当である。ＡｌＧａＩｎＰに対してＧａＩｎＰを用いることにより、それらの材料層間の屈折率差を大きくとることができる。その結果、上記反射光ＶＬ′の干渉波形によって、エッチングマーカー層１０８に対するドライエッチングの進行を容易に観測できる。
【００７３】
前述した上クラッド層１０７，１０９とエッチングマーカー層１０８との組合せに対しては、モニタ領域１１８に照射する光ＶＬの波長としては、４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下が好ましい。
【００７４】
なお、モニタ領域１１８に照射する光ＶＬは前述したように特定の波長を有する単色光であってもよいが、ブロードな波長スペクトルを有する、いわゆる白色光であってもよい。白色光を照射する場合には、その反射光を分光して４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下のいずれかの単色光に変換した後、干渉波形を観察することによって、上記ドライエッチングの進行を容易に観測することができる。このようにすることによって、特定の波長のみを発する光源（例えばレーザやＬＥＤ）のみならず、様々な波長成分を含む光を発する光源であるハロゲンランプや水銀灯などの白熱灯と呼ばれるものや蛍光灯も照射光源として使用できる。
【００７５】
ここで、波長が６５０ｎｍ以下の反射光について、その干渉波形を観察することによって、上記エッチングマーカー層１０８と上記第一上クラッド層１０７との間の境界を識別する明瞭な干渉波形を観察することができるようになる。また、４００ｎｍ以上の波長の反射光を使用することによって、エッチング状態を観測するためのドライエッチング装置の窓部の汚れ（ドライエッチングを行うことによって窓の内側に付着物が発生する）の影響を受けずに、エッチング状態を観察することができるようになる。波長４００ｎｍ未満の反射光を用いてエッチング状態を観察した場合、上記窓部が汚れてくると、たちまち検出される信号強度が低下してしまうので好ましくない。
【００７６】
また、エッチングマーカー層１０８は活性層１０６から０．２μｍ以上０．４μｍ以下の距離に形成することが好ましい。
【００７７】
この距離にエッチングマーカー層１０８を形成することによって、赤色半導体レーザ素子として適正な屈折率差Δｎをもつ導波路１３０を形成したときに、上記モニタ領域１１８ではエッチングマーカー層１０８が消失する一方、各ストライプ状開口部１１５の直下では、エッチングマーカー層１０８上に第二上クラッド層１０９の一部１０９ｂが層状に残存する状態を容易に実現できる。よって、リッジ部１２０の側面にエッチングマーカー層１０８が露出することが無くなり、リッジ部１２０の側面の垂直性が良くなる。
【００７８】
この発明では、エッチングモニタ用開口部１１７とリッジ導波路が形成されるストライプ状開口部１１５との間に前述したエッチングレートの差をつけるために、マイクロローディング効果を利用している。このマイクロローディング効果は、エッチングされる領域の大きさに差があるほど顕著になるが、エッチングモニタ用開口部１１７の幅が１ｍｍ以上で、かつストライプ状開口部１１５の幅が２０μｍ以下であれば、各々の開口部の間で十分なエッチングレートの差を生じさせることができるようになる。本実施形態では、エッチングモニタ用開口部幅を２ｍｍ、リッジ導波路形成用ストライプ状開口部の幅を１０μｍとした。
【００７９】
また、ドライエッチング時のガス圧をより大きくすることによってもその効果を大きくすることができる。すなわち、エッチング速度（エッチングレート）の差を変えるためには、エッチングモニタ用開口部１１７の幅とストライプ状開口部１１５の幅の比を変えるか、またはガス圧条件を変更すればよい。
【００８０】
なお、マイクロローディング効果を利用する以外にも、モニタ領域１１８の半導体層を一定量だけ先にエッチング除去しておくなどの手法を用いることによっても、上記モニタ領域１１８ではエッチングマーカー層１０８が消失する一方、各ストライプ状開口部１１５の直下では、エッチングマーカー層１０８上に第二上クラッド層１０９の一部１０９ｂが層状に残存する状態を実現できる。
【００８１】
〔第二実施形態〕
図６は、上記製造方法の変形例により作製された半導体レーザ素子の構造を示している。
【００８２】
この半導体レーザ素子は、図１の半導体レーザ素子に対して、第二上クラッド下部層１０９ｂが無く、各ストライプ状凹部１２８の底では、絶縁膜１１２がエッチングマーカー層１０８に接している点のみが異なっている。
【００８３】
この半導体レーザ素子を作製する場合は、上記ドライエッチングを停止させた後、上記ドライエッチングによる反応生成物・ダメージの除去を兼ねて、ウェットエッチング法により、各ストライプ状開口部１１５の直下で上記エッチングマーカー層１０８上の上記第二上クラッド層１０９が消失するまで選択的にエッチングを行う。
【００８４】
既述のように、上記ドライエッチングを行う工程でエッチング精度が向上することから、上記ストライプ状開口部１１５の直下では、エッチングマーカー層１０８の直近までドライエッチングを進行させて停止させることができる。したがって、この変形例の製造方法では、上記ストライプ状開口部１１５の直下でエッチングマーカー層１０８上の上記第二上クラッド層１０９が消失するまでのウェットエッチングの時間を短縮できる。したがって、リッジ部１２０の側面が横方向にエッチングされる時間が短くなって、半導体材料の面方位に起因して生じるような、上記リッジ部１２０の側面の垂直性からのずれを抑制することが可能になる。
【００８５】
したがって、エッチング深さの制御はエピタキシャル成長による半導体層の成長精度のレベルにまで高められる一方、ウェットエッチングの弱点である等方的エッチングの影響を大きく取り除くことができる。
【００８６】
その結果、本変形例を用いても、作製された半導体レーザ素子は、キンクの発生を十分に抑制でき、高出力動作が可能となる。
【００８７】
〔第三実施形態〕
図７は、この発明にかかる光ディスク装置２００の構造の一例を示している。この光ディスク装置２００は、光ディスク２０１にデータを書き込んだり、書き込まれたデータを再生したりするために用いられるものである。
【００８８】
この光ディスク装置２００は、図１に示した波長６５０ｎｍ帯で発振する半導体レーザ素子２０２と、コリメートレンズ２０３と、ビームスプリッタ２０４と、λ／４偏光板２０５と、レーザ光照射用対物レンズ２０６と、受光素子用対物レンズ２０７と、信号検出用受光素子２０８と、信号光再生回路２０９とを備えている。
【００８９】
この光ディスク装置では、書き込みの際は、半導体レーザ素子２０２から出射された信号光Ｌがコリメートレンズ２０３により平行光とされ、ビームスプリッタ２０４を透過しλ／４偏光板２０５で偏光状態が調節された後、対物レンズ２０６で集光されて光ディスク２０１に照射される。読み出し時には、データ信号がのっていないレーザ光が書き込み時と同じ経路をたどって光ディスク２０１に照射される。このレーザ光がデータの記録された光ディスク２０１の表面で反射され、レーザ光照射用対物レンズ２０６、λ／４偏光板２０５を経た後、ビームスプリッタ２０４で反射されて９０°角度を変えた後、受光素子用対物レンズ２０７で集光され、信号検出用受光素子２０８に入射する。信号検出用受光素子２０８内で入射したレーザ光の強弱によって記録されたデータ信号が電気信号に変換され、信号光再生回路２０９において元の信号に再生される。
【００９０】
この第二実施形態の光ディスク装置では、より高出力までキンクの発生が抑制できる半導体レーザ素子２０２を用いているため、従来の光ディスク装置に比べてより高速書き込みが可能となった。
【００９１】
なお、ここでは波長６５０ｎｍで発振する半導体レーザ素子２０２を記録再生型の光ディスク装置に適用した例について説明したが、第一実施形態の製造方法を適用して作製した他の波長帯（例えば７８０ｎｍ帯）の半導体レーザ素子を備えた光ディスク装置にも適用可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】この発明の一実施形態の製造方法により作製された半導体レーザ素子の断面構造を示す図である。
【図２】図１の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための工程図であり、結晶成長後の状態を表す。
【図３】図１の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための工程図であり、ドライエッチングのためのレジストマスクを形成した状態を表す。
【図４】図１の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための工程図であり、ドライエッチング工程後の状態を表す。
【図５】図１の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための工程図であり、ｐ側電極形成工程後の状態を表す。
【図６】上記製造方法の変形例により作製された半導体レーザ素子の断面構造を示す図である。
【図７】図１の半導体レーザ素子を備えた光ディスク装置の構成を示す図である。
【図８】終点検出層を用いてドライエッチングを行ってリッジ部を形成した従来の方法の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０１  ｎ−ＧａＡｓ基板
１０５  多重歪量子井戸活性層
１０７  ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第一上クラッド層
１０８  ＧａＩｎＰエッチングマーカー層
１０９  ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第二上クラッド層
１０９ａ  第二上クラッド上部層
１０９ｂ  第二上クラッド下部層
１１１  ｐ＋−ＧａＡｓコンタクト層
１１２  絶縁層
１１３  ｐ側電極
１１４  ｎ側電極
１１５  ストライプ状開口部
１１６  レジストマスク
１１７  エッチングモニタ用開口部
１１８  モニタ領域
１２０  リッジ部
１２１  リッジテラス部
【図１】
2008047663.tif 000003
【図２】
2008047663.tif 000004
【図３】
2008047663.tif 000005
【図４】
2008047663.tif 000006
【図５】
2008047663.tif 000007
【図６】
2008047663.tif 000008
【図７】
2008047663.tif 000009
【図８】
2008047663.tif 000010