(57)【要約】【課題】リッジ部を形成するためのエッチングの際にＧａＡｓキャップ層の側壁にサイドエッチングが進行することを防止できる半導体レーザ素子の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、半導体基板２上にｎクラッド層３と、活性層４と、第１ｐクラッド層５と、エッチングストップ層６と、第２ｐクラッド層７と、キャップ層９とを順次積層して形成する工程と、キャップ層９の一部を除去した開口部１０ＡにＺｎＯ層１１を形成して窓領域を形成する工程と、開口部１０Ａからキャップ層９上にかけてストライプ状の絶縁膜マスクパターン１６を形成し、絶縁膜マスクパターン１６から露出したキャップ層９をエッチング除去する工程と、絶縁膜マスクパターン１６から露出しているキャップ層９の側壁を酸化する工程と、エッチングストップ層６に達するまでエッチングを行ってリッジを形成する工程とを含むことを特徴とする。【選択図】図２
2012238807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなる半導体基板上に、少なくとも、第１導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなる第１クラッド層と、III−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなる第２クラッド層と、第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなるエッチングストップ層と、第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなる第３クラッド層と、第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層とを順次積層して形成する工程と、
前記キャップ層の一部を除去した開口部に、所定の拡散源を含む拡散源層を形成し、熱処理を行って窓領域を形成する工程と、
前記拡散源層を除去した後に前記開口部から前記キャップ層上にかけてストライプ状の絶縁膜マスクパターンを形成し、前記絶縁膜マスクパターンから露出した前記キャップ層をエッチング除去する工程と、
前記絶縁膜マスクパターンから露出している前記キャップ層の側壁を酸化する工程と、
前記エッチングストップ層に達するまでエッチングを行ってリッジを形成する工程と
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】
前記所定の拡散源は亜鉛（Ｚｎ）を含み、
前記キャップ層はガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を含む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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ストレージ及び光通信等に用いられるリッジ導波路型の半導体レーザ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体レーザ素子において所定の半導体層の表面に、ストライプ状のリッジを形成し、このリッジ下方の活性層を導波路領域とした半導体レーザ素子が提案されている。このような半導体レーザ素子の製造方法の一例としては、例えば特許文献１及び特許文献２が開示されている。
【０００３】
特許文献１及び特許文献２に開示された半導体レーザ素子の製造方法では、リッジ部を形成する際にＧａＡｓキャップ層を除去して開口部を形成し、この開口部にＺｎＯ膜とＳｉＯ２膜とを順次積層した後に熱処理を行って窓部を形成していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３０８４５６号公報
【特許文献２】特開２００７−３１８０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された半導体レーザ素子の製造方法では、リッジ部を形成するためのエッチングを行う際に、ＧａＡｓキャップ層が除去された窓部とＧａＡｓキャップ層が除去されていない窓部以外の部分との間で段差が生じ、窓部以外の部分のエッチングが完了したときには窓部では過剰にエッチングされてしまうという問題があった。
【０００６】
また、特許文献２に開示された半導体レーザ素子の製造方法では、リッジ部を形成するためのエッチングを行う際に、残存しているＧａＡｓキャップ層の側壁にサイドエッチングが進行してＧａＡｓキャップ層の幅が縮小してしまうという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、リッジ部を形成するためのエッチングの際にＧａＡｓキャップ層の側壁にサイドエッチングが進行することを防止できる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】
【０００８】
上記した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、第１導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなる半導体基板上に、少なくとも、第１導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなる第１クラッド層と、III−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなる第２クラッド層と、第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなるエッチングストップ層と、第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなる第３クラッド層と、第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ層とを順次積層して形成する工程と、前記キャップ層の一部を除去した開口部に、所定の拡散源を含む拡散源層を形成し、熱処理を行って窓領域を形成する工程と、前記拡散源層を除去した後に前記開口部から前記キャップ層上にかけてストライプ状の絶縁膜マスクパターンを形成し、前記絶縁膜マスクパターンから露出した前記キャップ層をエッチング除去する工程と、前記絶縁膜マスクパターンから露出している前記キャップ層の側壁を酸化する工程と、前記エッチングストップ層に達するまでエッチングを行ってリッジを形成する工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、所定の拡散源として亜鉛（Ｚｎ）を含み、前記キャップ層はガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法によれば、リッジ部を形成するためのエッチングを行う前にキャップ層の露出している側壁を酸化するので、リッジ部を形成する際にキャップ層の側壁にサイドエッチングが進行することを防止できる。これによりキャップ層の幅が縮小することを防止して所望の設計寸法を確保できるので、素子特性の安定化と歩留まりの向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用した一実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法における積層工程から絶縁膜の形成及びＺｎ拡散工程までの断面を示す図である。
【図２】本発明を適用した一実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法における選択的除去工程からリッジ部形成工程までの断面を示す図である。
【図３】本発明を適用した一実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法におけるＧａＡｓ酸化工程を説明するための拡大断面図である。
【図４】本発明を適用した一実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法におけるリッジ部形成工程から電極形成工程までの断面を示す図である。
【図５】従来の半導体レーザ素子の製造方法における問題点を説明するための断面図である。
【図６】従来の半導体レーザ素子の製造方法における問題点を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［半導体レーザ素子の製造方法］
以下、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法について図１〜図３を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法における積層工程から絶縁膜の形成及びＺｎ拡散工程までの断面を示し、レーザ光が出射する窓部側から見た正面図及び断面図である。
【００１３】
（積層工程）
図１（Ａ）に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法における積層工程では、ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法やＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、ｎ型のＧａＡｓからなる半導体基板２上に厚さ３μｍのｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎクラッド層（第１クラッド層）３と、厚さ６ｎｍのＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐウェルと厚さ４ｎｍの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐバリア層との多重量子井戸からなる活性層４と、厚さ０．４μｍのｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる第１ｐクラッド層（第２クラッド層）５と、厚さ２ｎｍ のｐ型（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐと厚さ４ｎｍのｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐとの多重量子井戸からなるエッチングストップ層６と、厚さ１．５μｍのｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる第２ｐクラッド層（第３クラッド層）７と、ＧａＩｎＰ等からなるｐ型の障壁緩和層８と、ｐ型のＧａＡｓからなるキャップ層９とを順次積層する。
【００１４】
ここで、エッチングストップ層６は、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５単層のみでもよい。また、上述した組成及び導電型は一例であり、III−Ｖ族化合物半導体であれば他の組成であってもよく、導電型もｎ型とｐ型を入れ替えてもよい
（フォトレジストパターン形成工程）
図１（Ｂ）に示すように、フォトレジストパターン形成工程ではキャップ層９上にフォトレジストを塗布して露光・現像を行う。そして、中央部に開口部１０Ａを有する共振器長方向に沿ったストライプ状のフォトレジストパターン１０を形成する。
【００１５】
（ＺｎＯ層形成工程）
図１（Ｃ）に示すように、ＺｎＯ層形成工程ではフォトレジストパターン１０の開口部１０Ａでキャップ層９をエッチング除去して障壁緩和層８を露出させる。この後、フォトレジストパターン１０を除去してから、スパッタ等の真空成膜方法によって障壁緩和層８及びキャップ層９の上にＺｎＯ層（拡散源層）１１を形成し、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて共振器端面近傍の障壁緩和層８上のみにＺｎＯ層１１を残す。
【００１６】
（絶縁膜形成及びＺｎ拡散工程）
図１（Ｄ）に示すように、絶縁膜の形成及びＺｎ拡散工程ではキャップ層９及びＺｎＯ層１１の上に酸化珪素、窒化珪素等の絶縁膜１２を形成する。この後、熱処理によってＺｎＯ層１１に含まれるＺｎを活性層４に達するまで拡散して拡散層１３を形成する。これにより共振器端面近傍のみに窓領域Ｍを形成することができる。
【００１７】
次に、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法における選択的除去工程からリッジ部形成工程までを説明する。図２は、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法における選択的除去工程からリッジ部形成工程までの断面を示し、（Ａ）乃至（Ｄ）はレーザ光が出射する窓部側から見た正面図及び断面図である。
【００１８】
（選択的除去工程）
選択的除去工程では、まず図１（Ｄ）に示したＺｎＯ層１１及び絶縁膜１２を除去すると、図２（Ａ）に示すように障壁緩和層８及びキャップ層９の上に酸化珪素、窒化珪素等の絶縁膜１４を形成する。そして、この絶縁膜１４上に共振器長方向に沿ったストライプ状のフォトレジストパターン１５を形成する。
【００１９】
次に、図２（Ｂ）に示すように、フォトレジストパターン１５から露出した絶縁膜１４をエッチングして共振器長方向に沿ったストライプ状の絶縁膜マスクパターン１６を形成する。
【００２０】
次に、図２（Ｃ）に示すように、絶縁膜マスクパターン１６で覆われた部分以外のキャップ層９をＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductively Coupled Plasma - Reactive Ion Etching）等のドライエッチングによってエッチング除去する。このときの条件として、Ｃｌ２系のガスを用い、基板温度が１５０℃未満の温度条件で選択的エッチングを行う。上記の条件でドライエッチングを行う理由は、ＧａがＣｌ２と反応して塩化物になると常温近傍でも容易に脱離してエッチングが進行するが、Ｉｎの塩化物は１５０℃ 以上に加熱しないと脱離が進まないため、障壁緩和層８との選択性が増すからである。
【００２１】
こうして絶縁膜マスクパターン１６から露出した窓領域Ｍのエッチングストップ層６までの厚さと窓領域Ｍ以外の部分でのエッチングストップ層６までの厚さは、いずれも障壁緩和層８と第２ｐクラッド層７との合計の厚さとなって等しくなる。これにより後述するリッジ部１７を形成する際に、窓領域Ｍのエッチングストップ層６が長時間エッチング液に晒されることはなくなり、エッチングストップ層６の過剰なエッチングを防止することができる。
【００２２】
（ＧａＡｓ酸化工程）
次に、ＧａＡｓ酸化工程では例えば酸素等の酸化性プラズマによって、図２（Ｃ）に示す構造の半導体レーザ素子を酸化する。これによって図２（Ｃ）のＩ−Ｉ断面の拡大図である図３に示すように、絶縁膜マスクパターン１６から露出したキャップ層９の側壁が酸化され、ｐ型のＧａＡｓからなるキャップ層９の側壁には酸化領域９Ａ、９Ｂが形成される。これにより、この後のリッジ部を形成する工程においてエッチングを行ったとしてもキャップ層９の側壁におけるサイドエッチングの進行を防止することができる。
【００２３】
（リッジ部形成工程）
次に、図２（Ｄ）に示すように、リッジ部形成工程ではＩＣＰ−ＲＩＥ等のドライエッチングにより、絶縁膜マスクパターン１６で覆われていない障壁緩和層８から第２ｐクラッド層７の途中までをエッチングする。
【００２４】
次に、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法におけるリッジ部形成工程から電極形成工程までを説明する。図４は、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法におけるリッジ部形成工程から電極形成工程までの断面を示し、（Ａ）乃至（Ｂ）はレーザ光が出射する窓部側から見た正面図及び断面図である。
【００２５】
（リッジ部形成工程）
図４（Ａ）に示すように、リッジ部形成工程では選択エッチング液を用いて、残りの第２ｐクラッド層７をエッチングストップ層６に達するまでエッチングして、第２ｐクラッド層７、障壁緩和層８及びキャップ層９からなるリッジ部１７を形成する。
【００２６】
この際、選択エッチング液には、Ａｌ組成の低いＡｌＧａＩｎＰ又はＩｎＧａＰと比べて、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＩｎＰを比較的速くエッチングする硫酸エッチング液、酒石酸と塩酸の混合液が用いられる。
【００２７】
（電極形成工程）
次に、図４（Ｂ）に示すように、電極形成工程では絶縁膜マスクパターン１６を除去した後に、エッチングストップ層６からキャップ層９までに絶縁層１８を形成する。そして、リッジ部１７上の絶縁層１８のみを除去してリッジ部１７上のキャップ層９を露出させ、露出したキャップ層９上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ等からなるｐ型オーミック電極１９を形成する。一方、積層方向とは反対側の半導体基板２上にｎ型オーミック電極２０を形成すると、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法は終了する。
【００２８】
［実施形態の効果］
次に、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法による効果を説明する。
【００２９】
従来、特許文献１に開示されている半導体レーザ素子の製造方法では、リッジ部を形成するためにエッチングストップ層１０４までエッチングを行う際には、図５に示すようにキャップ層１０７が除去されている窓部Ｎではｐクラッド層１０５と障壁緩和層１０６の厚さの分だけエッチングすることになる。一方、キャップ層１０７が除去されていない窓部Ｎ以外の部分ではｐクラッド層１０５と障壁緩和層１０６とキャップ層１０７の厚さの分だけエッチングしなければならない。
【００３０】
これにより、従来では窓部Ｎのエッチングストップ層１０４が窓部Ｎ以外の部分よりも長時間エッチング液に晒されることになり、窓部Ｎ以外の部分のエッチングが完了したときには窓部Ｎが過剰にエッチングされてしまうという問題があった。
【００３１】
これに対して、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法によれば、図２（Ｃ）に示すように、絶縁膜マスクパターン１６で覆われた部分以外のキャップ層９をエッチング除去するので、窓領域Ｍのエッチングストップ層６までの厚さと窓領域Ｍ以外の部分でのエッチングストップ層６までの厚さは等しくなる。これにより窓領域Ｍのエッチングストップ層６が長時間エッチング液に晒されることはなくなり、エッチングストップ層６の過剰なエッチングを防止することができる。
【００３２】
また、特許文献２に開示された半導体レーザ素子の製造方法では、リッジ部を形成するためにエッチングストップ層までエッチングする際に、図６に示すように残存しているキャップ層６２の側壁にサイドエッチングが進行してキャップ層６２の幅が縮小してしまうという問題点があった。
【００３３】
これに対して、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法によれば、リッジ部を形成するためのエッチングを行う前に、図３に示すようにキャップ層９の露出している側壁を酸化するので、リッジ部を形成する際にキャップ層９の側壁にサイドエッチングが進行することを防止できる。これによりキャップ層９の幅が縮小してしまうことを防止できるので、所望の設計寸法を確保して素子特性の安定化と歩留まりの向上を実現することができる。
【００３４】
なお、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００３５】
２  半導体基板
３  ｎクラッド層（第１クラッド層）
４  活性層
５  第１ｐクラッド層（第２クラッド層）
６  エッチングストップ層
７  第２ｐクラッド層（第３クラッド層）
８  障壁緩和層
９  キャップ層
９Ａ、９Ｂ  酸化領域
１０  フォトレジストパターン
１０Ａ  開口部
１１  ＺｎＯ層
１２  絶縁膜
１３  拡散層
１４  絶縁膜
１５  フォトレジストパターン
１６  絶縁膜マスクパターン
１７  リッジ部
１８  絶縁層
１９  ｐ型オーミック電極
２０  ｎ型オーミック電極
Ｍ  窓領域
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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