(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｚｎを拡散させて半導体レーザ素子の端面に窓構造を形成する際、Ｚｎ拡散の制御性が良好で、ＡｌＧａＡｓクラッド層を損傷することがないようにした半導体レーザ素子の製造方法を提供する。【解決手段】ｎ−ＧａＡｓ基板１２上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１４、活性層１６、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１８、及びｐ−ＧａＡｓキャップ層２０を成長させる。次に、ＧａＡｓキャップ層のみに選択エッチングを行い、ストライプ状の開口２４を設け、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層を露出させる。次に、ＧａＡｓキャップ層上から基板全面に気相Ｚｎ拡散を行う。ＡｌＧａＡｓ層から拡散させたＺｎ拡散の拡散フロントは、活性層を貫通してｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層に達し、開口下にＺｎ拡散領域２６を形成する。Ｚｎ拡散領域を形成した開口に沿ってへき開を行い、ファブリペロー共振器を作製すると共に端面に窓構造２８を形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窓構造を出射端面に備えたＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子の製造方法において、
活性層上にＡｌＧａＡｓクラッド層及びＧａＡｓキャップ層を有する積層構造体を形成する工程と、
ＧａＡｓキャップ層のみを選択的にエッチングしてＧａＡｓキャップ層にストライプ状開口を設け、開口からＡｌＧａＡｓクラッド層を露出させる工程と、
気相Ｚｎ拡散法によりＧａＡｓキャップ層上から全面Ｚｎ拡散を行い、活性層を貫通するＺｎ拡散領域を開口下に形成する工程と、
開口下のＺｎ拡散領域に沿って積層構造体をへき開し、ファブリペロー共振器を形成すると共に、Ｚｎ拡散領域からなる窓構造をファブリペロー共振器の端面に設ける工程とを有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２】
開口の幅が１０μｍ以上４０μｍ以下であ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】
クエン酸系エッチャント又はアンモニア系エッチャントでＧａＡｓキャップ層を選択的にエッチングして、ＡｌＧａＡｓクラッド層を露出させた開口を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項４】
Ｚｎ拡散領域を形成する工程では、Ｚｎ源としてＤＭＺｎ（ジメチル亜鉛）ガス又はＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛）ガスを水素ガスに同伴させて気相Ｚｎ拡散を行う反応器に供給すると共に、ＧａＡｓ層及びＡｌＧａＡｓ層のＡｓを補充するためにＡｓＨ３  を水素ガスに同伴させて反応器に供給することを特徴とする請求項１から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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窓構造を出射端面に備えたＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子の製造方法に関し、更に詳細には、窓構造を形成する際にＡｌＧａＡｓクラッド層に損傷を与えないようにしたＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク装置の光源として用いられるＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子では、最大光出力は、半導体レーザ素子の端面破壊、つまり光学損傷（ＣａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃＯｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ  ：ＣＯＤ）による端面破壊が発生する光出力で決定される。
半導体レーザ素子の高出力動作時に生じる光学損傷は、半導体レーザ素子の端面近傍に存在する界面順位により、同一組成の活性層でも、中央部に比べて、端面領域のバンドギャップが小さくなっていることにより生じる。
即ち、半導体レーザ素子の高出力動作時には、端面近傍の温度がレーザ光の吸収により局所的に上昇する。局所的な温度上昇によって、端面近傍のバンドギャップが更に小さくなり、レーザ光の吸収が促進される。この結果、遂には、端面が溶融し、非可逆的な破壊が生じるために、半導体レーザ素子の動作が停止する。これが光学損傷による端面破壊である。
【０００３】
光学損傷による端面破壊は、端面領域の表面順位により端面領域のバンドギャップが小さくなって、レーザ光が光吸収されることによって発生するものであるから、高光出力動作を実現するために、端面領域でレーザ光を吸収し難くする構造、即ちレーザ光に対して透明な窓構造を設けることが提案されている。
例えば、窓構造の形成方法として、Ｚｎ拡散を用いて端面近傍の発光層の化合物半導体混晶を無秩序化させることにより、窓構造を形成する方法が注目されている。
【０００４】
ところで、Ｚｎ拡散を現実の半導体レーザデバイスに応用しようとすると、様々な問題が生じる。
例えば、活性層上にＡｌＧａＡｓクラッド層及びＧａＡｓキャップ層を有するＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子の出射端面にＺｎ拡散により窓構造を設ける際には、ＧａＡｓキャップ層の窓構造の形成領域のみをエッチオフしてＺｎ拡散を行う。このようにしないで、ＧａＡｓキャップ層上からＺｎを拡散させようとすると、Ｚｎの拡散速度の遅いＧａＡｓとＺｎの拡散速度の速いＡｌＧａＡｓクラッド層が積層されている構造のために、Ｚｎの拡散フロントがＧａＡｓキャップ層を貫通したところで、拡散速度が途端に速くなり、ＡｌＧａＡｓクラッド層中でのＺｎの拡散フロントのコントロールが非常に難しくなる。
そこで、従来、Ｚｎを拡散させる領域のみ、つまり窓構造を設ける領域を開口したＳｉＯ２  膜のマスクをＧａＡｓキャップ層上に形成し、次いでマスクから露出したＧａＡｓキャップ層をエッチオフしてＡｌＧａＡｓクラッド層を露出させ、Ｚｎの選択的拡散を行っている。
次いで、Ｚｎ拡散を行った後、ふっ酸系のエッチャントを使って、ＧａＡｓキャップ層上のＳｉＯ２  膜のマスクを剥離している。
【０００５】
また、特開平７−１６２０８６号公報は、Ｚｎ等を固相拡散させることによりレーザ共振器の端面部分での活性層をディスオーダ化して窓構造を形成する方法を実施例１１等で開示している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１６２０８６号公報（実施例１１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のＺｎ拡散方法では、Ｚｎ拡散を行った後、ＧａＡｓキャップ層上のＳｉＯ２  膜マスクをふっ酸系のエッチャントを使って剥離する際、露出しているＡｌＧａＡｓクラッド層を侵食してしまうおそれがあった。
また、Ｚｎ等の固相拡散を用いる方法では、Ｚｎ等の濃度及び拡散深さ等の拡散条件を制御することが難しかった。このため、半導体レーザ素子のデバイス特性を安定させることが難しかった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、Ｚｎを拡散させて半導体レーザ素子の端面に窓構造を形成する際、Ｚｎ拡散の制御性が良好で、ＡｌＧａＡｓクラッド層を損傷することがないようにした半導体レーザ素子の製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ＳｉＯ２  膜マスクを用いた従来のＺｎ拡散プロセスに代えて、Ｚｎ気相拡散法を用いて半導体レーザ素子の端面近傍の化合物半導体混晶を無秩序化させることにより、窓構造を形成することを着想し、実験を重ねて、着想が有効であることを確認し、本発明方法を発明するに到った。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、窓構造を出射端面に備えたＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子の製造方法において、活性層上にＡｌＧａＡｓクラッド層及びＧａＡｓキャップ層を有する積層構造体を形成する工程と、
ＧａＡｓキャップ層のみを選択的にエッチングしてＧａＡｓキャップ層にストライプ状開口を設け、開口からＡｌＧａＡｓクラッド層を露出させる工程と、
気相Ｚｎ拡散法によりＧａＡｓキャップ層上から全面Ｚｎ拡散を行い、活性層を貫通するＺｎ拡散領域を開口下に形成する工程と、
開口下のＺｎ拡散領域に沿って積層構造体をへき開し、ファブリペロー共振器を形成すると共に、Ｚｎ拡散領域からなる窓構造をファブリペロー共振器の端面に設ける工程とを有することを特徴としている。
【００１１】
本発明方法では、気相Ｚｎ拡散法を用い、ＧａＡｓキャップ層の領域と開口から露出したＡｌＧａＡｓ層に同時にＺｎを拡散させて、ＧａＡｓ層中のＺｎの拡散速度がＡｌＧａＡｓ層中のＺｎの拡散速度より遅いことを利用して、活性層の結晶構造を無秩序化させることにより、窓構造を形成する。
【００１２】
本発明方法の好適な実施態様では、ＧａＡｓ層に設ける開口の幅が１０μｍ以上４０μｍ以下である。開口の幅の下限である１０μｍ及び上限の４０μｍは、それぞれ、端面に形成する窓構造の所要最小厚さ及び所要最大厚さによって規定されている。
また、本発明方法の好適な実施態様では、クエン酸系エッチャント、例えばクエン酸水和物の５０ｗｔ％濃度水溶液：過酸化水素水＝１２：１のエッチャント、又はアンモニア系エッチャント、例えばアンモニア水：過酸化水素水＝１：２０のエッチャントでＧａＡｓキャップ層を選択的にエッチングして、ＡｌＧａＡｓクラッド層を露出させた開口を形成する。これにより、ＡｌＧａＡｓクラッド層に損傷を与えるようなことは生じない。
【００１３】
本発明方法の好適な実施態様のＺｎ拡散領域を形成する工程では、Ｚｎ源としてＤＭＺｎガス又はＤＥＺｎガスを水素ガスに同伴させて気相Ｚｎ拡散を行う反応器に供給すると共に、ＧａＡｓ層及びＡｌＧａＡｓ層のＡｓを補充するためにＡｓＨ３  を水素ガスに同伴させて反応器に供給する。
Ｚｎの気相拡散の拡散温度は、５００℃以上７５０℃以下である。Ｚｎ拡散領域の深さは拡散時間を制御することにより、調整する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照して、実施形態例に基づいて本発明をより詳細に説明する。尚、以下の実施形態例で示した半導体レーザ素子の層構造、導電型、膜種、膜厚、成膜方法、その他寸法等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、本発明はこれら例示に限定されるものではない。
実施形態例
本実施形態例は本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の実施形態の一例であって、図１（ａ）から（ｃ）及び図２は、それぞれ、本実施形態例の方法によってＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子を製造する際の各工程での基板断面図である。
先ず、図１（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１２上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１４、活性層１６、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１８、及びＧａＡｓキャップ層２０をエピタキシャル成長させて、積層構造体２２を形成する。ＧａＡｓキャップ層２０はライトリーｐ型にドーピングする。
図示しないが、積層構造体２２には必要に応じて、リッジを形成し、リッジ上にｐ側電極を、ｎ−ＧａＡｓ基板１２の裏面にｎ側電極を形成する。また、埋め込み型リッジを形成して良い。
【００１５】
次いで、図１（ｂ）に示すように、クエン酸系エッチャント又はアンモニア系エッチャントでＧａＡｓキャップ層２０のみに選択エッチングを行い、ＧａＡｓキャップ層２０に幅ｗが１０μｍから４０μｍのストライプ状の開口２４を設け、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１８を露出させる。開口２４を設ける際には、ＳｉＯ２  膜マスクに代えて、フォトレジスト膜を用いて開口２４のパターンを形成する。
クエン酸系エッチャントとして例えばクエン酸水和物の５０ｗｔ％濃度水溶液：過酸化水素水＝１２：１のエッチャントを使用し、アンモニア系エッチャントとして例えばアンモニア水：過酸化水素水＝１：２０のエッチャントを使用する。
【００１６】
次いで、後述する気相Ｚｎ拡散装置３０を使用して、図１（ｃ）に示すように、ＧａＡｓキャップ層２０上から基板全面に気相Ｚｎ拡散を行う。ＧａＡｓ層中のＺｎの拡散速度とＡｌＧａＡｓ層中のＺｎの拡散速度との違いから、ＧａＡｓキャップ層２０上から拡散させたＺｎ拡散の拡散フロントは、ＧａＡｓキャップ層２０中で停止し、開口２４から露出したｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１８の表面から拡散させたＺｎ拡散の拡散フロントは、活性層１６を貫通して、下方のｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１４に達し、開口２４の下にＺｎ拡散領域２６を形成する。
拡散時間と拡散温度をコントロールすることにより、キャップ層でのＺｎ拡散フロントをＧａＡｓキャップ層２０内で停止させ、かつＡｌＧａＡｓ層中にある活性層に確実にＺｎ拡散フロントを到達させる。
本実施形態例では、拡散工程でＺｎガスとしてＤＭＺｎガスを用い、拡散温度を６５０℃に設定している。Ｚｎガスとして、ＤＭＺｎガスに限らず、例えばＤＥＺｎガス等を使用できる。
【００１７】
次いで、図２に示すように、Ｚｎ拡散領域２６を形成した開口２４に沿ってへき開を行い、ファブリペロー共振器を作製すると共に、ファブリペロー共振器の端面に窓構造２８を形成する。
【００１８】
ここで、図３を参照して、窓構造を形成するためにＺｎの気相拡散を行う気相Ｚｎ拡散装置の構成を説明する。図３は気相Ｚｎ拡散装置の構成を示すフローシートである。
気相Ｚｎ拡散装置３０は、ヒータ内蔵型ウエハステージ３２を備え、ウエハＷをウエハステージ３２上に載せて収容し、ウエハＷにＺｎを拡散させる反応器３４と、反応器３４に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、除害装置（トラップ）３６を備え、反応器３４から流出した排ガスを除害して外部に排出するガス排出系と、反応器３４をバイパスして反応ガス供給系を除害装置３６の上流でガス排出系に接続するバイパス管３８を有する反応器バイパス系とを備えている。
【００１９】
反応ガス供給系は、水素ガスを導入し、Ｚｎ源としてＤＭＺｎガスを発生させるＤＭＺｎバブラー４０と、ＤＭＺｎバブラー４０に水素ガスを供給する第１水素ガス管４２と、ＤＭＺｎバブラー４０で生成したＤＭＺｎガスを水素ガスに同伴させて反応器３２に送入する第２水素ガス管４４と、ＡｓＨ３  ボンベ４６と、ＡｓＨ３  ボンベ４６から供給されるＡｓＨ３  を水素ガスに同伴させて反応器３２に送入する第３水素ガス管４８とを備えている。
ＡｓＨ３  は、ｐ−ＧａＡｓキャップ層２０及びＡｌＧａＡｓクラッド層１８、１４のＡｓを補充するために反応器３２に供給される。
また、反応ガス系は、水素ガスのみを反応器３４に供給する第４水素ガス管５０を有する。
【００２０】
反応器バイパス系は、ＤＭＺｎバブラー４０で生成したＤＭＺｎガスを水素ガスに同伴させてガス排出系にバイパスさせる第５水素ガス管５２と、ＡｓＨ３  ボンベ４６から供給されるＡｓＨ３  を水素ガスに同伴させてガス排出系にバイパスさせる第６水素ガス管５４とを備えている。
【００２１】
気相Ｚｎ拡散装置３０を使ってＺｎ拡散を行う際には、先ず、積層構造体２２を形成したウエハＷを反応器３２に収容し、所定温度、例えば６５０℃にウエハＷを昇温した後、ＤＭＺｎバブラー４０で生成させたＤＭＺｎガス及びＡｓＨ３  ボンベ４６から供給されるＡｓＨ３  を、それぞれ、水素ガスに同伴させて反応器３２に供給して、Ｚｎの気相拡散を行う。
【００２２】
【発明の効果】
本発明方法によれば、開口を設けたＧａＡｓキャップ層上から気相Ｚｎ拡散法により全面Ｚｎ拡散を行い、活性層を貫通するＺｎ拡散領域を開口下に形成することにより、Ｚｎの拡散フロントの制御が容易になり、再現性の高い窓構造を半導体レーザ素子の出射端面に設けることができる。これにより、半導体レーザ素子のデバイス特性を安定させることが出来る。
また、ＧａＡｓキャップ層上からＡｌＧａＡｓクラッド層にＺｎ拡散することができるので、プロセス工程数を減少させることができる。
更には、従来の方法で用いていたＳｉＯ２  膜マスクを用いていないので、従来、ＳｉＯ２  膜マスクを除去する際に発生していたＡｌＧａＡｓクラッド層損傷が生じない。従って、信頼性の高い半導体レーザ素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、実施形態例の方法によってＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子を製造する際の各工程での基板断面図である。
【図２】図１（ｃ）に続いて実施形態例の方法によってＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子を製造する際の各工程での基板断面図である。
【図３】気相Ｚｎ拡散装置の構成を示すフローシートである。
【符号の説明】
１２……ｎ−ＧａＡｓ基板、１４……ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層、１６……活性層、１８……ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層、２０……ＧａＡｓキャップ層、２２……積層構造体、２４……開口、２６……Ｚｎ拡散領域、２８……窓構造、３０……気相Ｚｎ拡散装置、３２……ヒータ内蔵型ウエハステージ、３４……反応器、３６……除害装置（トラップ）、３８……バイパス管、４０……ＤＭＺｎバブラー、４２……第１水素ガス管、４４……第２水素ガス管、４６……ＡｓＨ３  ボンベ、４８……第３水素ガス管、５０……第４水素ガス管、５２……第５水素ガス管、５４……第６水素ガス管。
【図１】
2004228341.tif 000003
【図２】
2004228341.tif 000004
【図３】
2004228341.tif 000005