(57)【要約】【課題】リッジの不具合による素子特性の不安定化を防止することのできる半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】本発明の半導体レーザ素子は、第１導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなる半導体基板１と、半導体基板１上に設けられた第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２と、第１クラッド層２上に設けられたIII−Ｖ族化合物半導体からなる活性層３と、活性層３上に設けられた第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４と、第２クラッド層４上に隆起してストライプ状に形成され、上面が側面方向に庇状に突出しているリッジ１１とを備えていることを特徴とする。【選択図】図２
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【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と、
前記半導体基板上に設けられた第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、
前記第１クラッド層上に設けられたIII−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、
前記活性層上に設けられた第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、
前記第２クラッド層上に隆起してストライプ状に形成され、上面が側面方向に庇状に突出しているリッジと
を備えていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記リッジの上面以外は絶縁膜で覆われ、前記リッジの上面全体は絶縁膜が除去されてい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。
【請求項３】
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クラッド層を形成する工程と、
前記第１クラッド層上にIII−Ｖ族化合物半導体からなる活性層を形成する工程と、
前記活性層上に第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなる第２クラッド層を形成する工程と、
前記第２クラッド層上に前記第２クラッド層とエッチング液によるエッチング速度が異なる第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなる半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の上面にエッチングマスクを形成し、前記第２クラッド層のエッチング速度が前記半導体層のエッチング速度よりも速いエッチング液を使用してエッチングすることにより、上面が側面方向に庇状に突出している突出部を備えた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４】
前記リッジを形成する工程の後に、
前記エッチングマスクを除去してから全面に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上にレジストを塗布し、前記レジストをエッチバックすることにより前記リッジ上面の絶縁膜を露出させる工程と、
前記リッジの上面全体からエッチングによって前記絶縁膜を除去して前記半導体層を露出させる工程と
をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項５】
前記突出部の先端と前記突出部の先端から下ろした垂線が前記リッジの側壁と交差する点とを結んだ線分の長さをＭとし、前記突出部における前記半導体層と前記絶縁膜との厚さをＬとするとき、Ｍ＞Ｌとなることを特徴とする請求項４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及び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ｐ側半導体層の表面に、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。このようなリッジ導波路型の半導体レーザ素子の一例としては、例えば特許文献１や特許文献２が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示されたリッジ導波路型の半導体レーザ素子を製造する場合、従来ではレジストエッチバック法を用いて製造されており、まず基板上に各層をエピタキシャル成長させてリッジを形成すると、基板全面にレジストを塗布していた。このとき、リッジ上面のレジストの厚さは平坦面上の厚さよりも薄く形成されており、例えばアッシングなどによってレジストをエッチバックしてリッジ上面のレジストを除去し、その後に開口したリッジ上面の絶縁膜をエッチング除去してコンタクト層を露出させていた。
【０００４】
また、特許文献２では、リッジ上面の絶縁膜にコンタクトホールを開口する技術が開示されている。通常、リッジ上部の幅は１〜２μｍ程度なので、精度よくコンタクトホールを形成するためにはステッパなどの露光機を用いてレジストパターンを形成している。このとき露光機の合わせ精度や基板の伸縮などを考慮してコンタクトホールの開口部の両側にそれぞれ０．１〜０．２μｍぐらいの余裕を残しておく必要がある。そのため、コンタクトホールを形成すると、コンタクトホールの開口部の両側に余裕として残した絶縁膜が微妙に残留していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１７９２７４号公報
【特許文献２】特開昭６０−２５４６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に開示されたレジストエッチバック法による製造方法では、エッチバックを過剰に行った場合、レジストの後退によってリッジ側面の絶縁膜が一部露出してしまうことがあった。そうすると、その後の絶縁膜のエッチング工程で露出したリッジ側面の絶縁膜が除去され、リッジ側面が露出してしまい、この状態で電極を形成すると、リッジと電極が短絡して素子特性が不安定になってしまうという問題点があった。
【０００７】
また、上述した特許文献２に開示されたリッジ上面の絶縁膜にコンタクトホールを開口する場合には、リッジ上面の開口部の両側に絶縁膜が残留しているので、残留した絶縁膜がその後の超音波洗浄工程などで欠損する場合があった。特に、絶縁膜は微細な幅で残留しているので、欠損しやすくなっている。そうすると、絶縁膜が欠損したときに下地の半導体層も部分的に剥離・欠落するとともに、欠損部から処理薬液等が浸入してリッジを浸食し、形状の異常が発生して特性が不安定化するという問題が生じていた。
【０００８】
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、リッジの不具合による素子特性の不安定化を防止することのできる半導体レーザ素子及び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】
【０００９】
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と、前記半導体基板上に設けられた第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、前記第１クラッド層上に設けられたIII−Ｖ族化合物半導体からなる活性層と、前記活性層上に設けられた第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、前記第２クラッド層上に隆起してストライプ状に形成され、上面が側面方向に庇状に突出しているリッジとを備えていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る半導体レーザ素子は、前記リッジの上面以外は絶縁膜で覆われ、前記リッジの上面全体は絶縁膜が除去されていることを特徴とする。
【００１１】
さらに、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クラッド層を形成する工程と、前記第１クラッド層上にIII−Ｖ族化合物半導体からなる活性層を形成する工程と、前記活性層上に第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなる第２クラッド層を形成する工程と、前記第２クラッド層上に前記第２クラッド層とエッチング液によるエッチング速度が異なる第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなる半導体層を形成する工程と、前記半導体層の上面にエッチングマスクを形成し、前記第２クラッド層のエッチング速度が前記半導体層のエッチング速度よりも速いエッチング液を使用してエッチングすることにより、上面が側面方向に庇状に突出している突出部を備えたリッジを形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、前記リッジを形成する工程の後に、  前記エッチングマスクを除去してから全面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上にレジストを塗布し、前記レジストをエッジバックすることにより前記リッジ上面の絶縁膜を露出させる工程と、前記リッジの上面全体からエッチングによって前記絶縁膜を除去して前記半導体層を露出させる工程とをさらに含むことを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、前記突出部の先端と前記突出部の先端から下ろした垂線が前記リッジの側壁と交差する点とを結んだ線分の長さをＭとし、前記突出部における前記半導体層と前記絶縁膜との厚さをＬとするとき、Ｍ＞Ｌとなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の製造方法によれば、リッジの上面を側面方向に庇状に突出させたので、レジストをエッチバックする際に過剰にエッチバックしたとしてもリッジ側面の絶縁膜が露出してしまうことはなくなり、レジストエッチバック工程の余裕度が向上して安定的にリッジ上面の絶縁膜を除去することが可能となる。これにより、安定した素子特性を得ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の製造方法によれば、リッジの上面全体から絶縁膜を除去して半導体層を露出させたので、絶縁膜が微細に残留することはなくなり、絶縁膜の欠損によって素子特性が不安定になることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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各工程の断面図である。
【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構造を示す断面図である。
【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突出部の構造を説明するための断面図である。
【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突出部の構造を説明するための断面図である。
【図５】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突出部の構造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。
【図７】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効果を説明するための断面図である。
【図８】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】
【００１７】
以下、本発明を適用した一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
［半導体レーザ素子の製造方法］
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各工程の断面図を示したものである。
【００１９】
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では、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などによって各層をエピタキシャル成長させて積層する。
【００２０】
まず第１導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなる半導体基板１上に、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２をエピタキシャル成長させて形成する。半導体基板１としては例えばｎ型のＧａＡｓ基板が好ましく、第１クラッド層２は例えばｎ型のＡｌＧａＩｎＰで形成される。
【００２１】
この後、第１クラッド層２上に、III−Ｖ族化合物半導体からなる活性層３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４と、第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなる障壁緩和層５と、第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなるコンタクト層６とを順次エピタキシャル成長させて形成する。
【００２２】
ここで、活性層３は、例えばアンドープＧａＩｎＰからなり、多重量子井戸構造で形成されて障壁層（バリア層）と井戸層が交互に積層された構造となっている。ただし、活性層３の構造はこれに限定されるものではなく、例えば一つの井戸層が障壁層に挟まれた単一量子井戸構造でもよく、単一の半導体層によって構成してもよい。本実施形態に係る半導体レーザ素子の発光波長を、例えば６３０〜６９０［ｎｍ］の波長帯に対応させる場合には、活性層３はＧａＩｎＰ等によって構成することが好ましい。
【００２３】
また、第２クラッド層４は例えばｐ型のＡｌＧａＩｎＰで形成され、半導体基板１がＧａＡｓ基板である場合には障壁緩和層５はｐ型のＧａＩｎＰ、コンタクト層６はｐ型のＧａＡｓで形成することが好ましい。障壁緩和層５とコンタクト層６は、第２クラッド層４とエッチング液によるエッチング速度が異なる半導体層となっている。
【００２４】
次に、図１（ａ）のコンタクト層６上に例えばＳｉＯ２ 膜のような絶縁膜（図示せず）を全面に形成し、フォトリソグラフィによって所定のストライプ状をしたレジストマスクを形成した後、この絶縁膜をエッチングによってストライプ形状にパターニングする。そして、この絶縁膜をエッチングマスクとして用いてエッチングにより第２クラッド層４を所定の深さまでエッチングし、エッチングマスクとして用いた絶縁膜を除去すると、図１（ｂ）に示すようなリッジ１１が形成される。このとき、例えば硫酸などのエッチング速度がＡｌＧａＩｎＰ＞ＧａＩｎＰとなるようなエッチング液を使用することにより、リッジ１１の上部に庇状の突出部１２を形成することができる。
【００２５】
次に、こうして形成されたリッジ１１と第２クラッド層４の全面に、図１（ｃ）に示すように例えばＳｉＯ２やＳｉＮなどの絶縁膜１５を、例えば３００ｎｍの膜厚で形成する。そして、この絶縁膜１５の全面に図１（ｄ）に示すように例えばレジスト１６を塗布形成する。このとき、半導体基板１上の凸部（リッジ上面）のレジスト１６の厚みは、平坦面上の厚さよりも薄く形成されている。
【００２６】
こうしてレジスト１６が塗布されると、次に例えばアッシングなどによってレジスト１６をエッチバックし、図１（ｅ）に示すようにリッジ１１の上面のレジスト１６を除去する。
【００２７】
次に、レジスト１６が除去されて開口したリッジ上面の絶縁膜１５を上面全体からエッチング除去してコンタクト層６を露出させ、レジスト１６を除去すると、図１（ｆ）に示すようにリッジ１１の上面全体でコンタクト層６が露出し、リッジ１１の上面以外の部分では絶縁膜１５に覆われている構造になる。そして、図１（ｇ）に示すように全面にｐ側電極１７を形成すると、図２に示すような半導体レーザ素子が製造される。このとき電極１７とコンタクト層６との間はオーミック接触を成している。
【００２８】
図２に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ素子は、第１導電型のIII−Ｖ族化合物半導体であるｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１と、半導体基板１上に設けられた第１導電型のIII−Ｖ族化合物半導体であるｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１クラッド層２と、第１クラッド層２上に設けられたIII−Ｖ族化合物半導体であるアンドープＧａＩｎＰからなる活性層３と、活性層３上に設けられた第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体であるｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第２クラッド層４と、第２クラッド層４上に隆起してストライプ状に形成され、上面が側面方向に庇状に突出した突出部１２を備えているリッジ１１と、リッジ１１の上面以外及び第２クラッド層４上に形成された絶縁膜１５と、第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体であるｐ型ＧａＩｎＰからなり、突出部１２を形成する障壁緩和層５と、第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体であるｐ型ＧａＡｓからなり、突出部１２を形成するコンタクト層６と、全面に形成されたｐ側電極１７とを備えている。
【００２９】
この後、図示していないが、半導体基板１を裏面から研磨することによって所定の厚さに薄化し、半導体基板１の裏面にｎ側電極を形成することによって本実施形態に係る半導体レーザ素子を製造することができる。
【００３０】
次に、本実施形態に係る半導体レーザ素子のリッジ１１の上面に形成される庇状の突出部１２について図３を参照して説明する。
【００３１】
図３は、突出部１２におけるオーバーハング量と各部の長さと膜厚との関係を説明するための図である。図３に示すように、庇状の突出部１２のリッジ上部からのオーバーハング量をＮ、突出部１２の先端Ｐと先端Ｐから下ろした垂線がリッジ１１の側壁と交差する点Ｐ’とを結んだ線分Ｐ−Ｐ’の長さをＭ、リッジ１１の上面を被覆する絶縁膜１５とコンタクト層６と障壁緩和層５との厚さの総和をＬとする。
【００３２】
ここで、図４（ａ）に示すようにオーバーハング量Ｎが小さい場合、すなわちＭ＜Ｌとなる場合には、図４（ｂ）に示すようにレジスト１６を塗布した後にエッチバックを過剰に行うと(レジストの膜厚減量が多い場合)、図４（ｃ）に示すようにレジスト１６の後退によってリッジ側面の絶縁膜１５が一部露出してしまう可能性がある。そうすると、その後の絶縁膜１５をエッチングする工程で露出した部分の絶縁膜１５が除去され、図４（ｄ）に示すようにリッジ１１の側面が露出し、この状態で電極を形成すると、リッジ１１と電極が短絡して素子特性が不安定になってしまうことがある。
【００３３】
一方、図５（ａ）に示すようにオーバーハング量Ｎが大きい場合、すなわちＭ＞Ｌとなるように設定されている場合には、図５（ｂ）に示すようにレジスト１６を塗布した後にエッチバックを過剰に行った場合でも、図５（ｃ）に示すようにリッジ上部に形成された庇状の突出部１２の影になって庇の直下となるレジスト１６が保護され、絶縁膜１５が露出することはなくなる。これにより、図５（ｄ）に示すように絶縁膜１５をエッチングしても、リッジ１１の側面の絶縁膜１５が除去されることはなくなり、リッジ１１の側面が露出することを確実に防止できる。
【００３４】
したがって、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法では、Ｍ＞Ｌとなるように設定して突出部１２を形成することが好ましい。
【００３５】
［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及び半導体レーザ素子の製造方法による効果を説明する。
【００３６】
従来、例えば特許文献１に開示されているレジストエッチバック法を用いて製造する場合に、エッチバックを過剰に行ってしまうと、図６（ａ）に示すようにレジスト６０の後退によってリッジ側面の絶縁膜６１が一部露出してしまうことがあった。そうすると、その後の絶縁膜６１のエッチング工程で露出した部分の絶縁膜６１が除去され、図６（ｂ）に示すようにリッジ側面が露出してしまう。この状態で電極を形成すると、図６（ｃ）に示すようにリッジ６２と電極６３が短絡して素子特性が不安定になってしまうという問題点があった。
【００３７】
これに対して、本実施形態に係る半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の製造方法によれば、リッジ１１の上面を側面方向に庇状に突出させたので、レジスト１６をエッチバックする際に過剰にエッチバックしたとしても、図７に示すようにリッジ側面の絶縁膜１５が露出してしまうことはなくなり、レジストエッチバック工程の余裕度が向上して安定的にリッジ上面の絶縁膜１５を除去することが可能となる。これにより、安定した素子特性を得ることができる。
【００３８】
また、特許文献２に開示されているリッジ上面にコンタクトホールを開口する技術では、図８（ａ）に示すように開口部８０の両側に余裕として残した絶縁膜８１が微妙に残留しているので、図８（ｂ）に示すように残留した絶縁膜８１がその後の超音波洗浄工程などで欠損する場合があった。特に、絶縁膜は微細な幅で残留しているので、このような欠損が生じる可能性は高かった。さらに、絶縁膜８１が欠損すると、図８（ｃ）に示すように下地の半導体層も部分的に剥離・欠落するとともに、欠損部から処理薬液等が浸入してリッジ８２を浸食し、形状に異常が生じて特性が不安定化するという問題点があった。
【００３９】
これに対して、本実施形態に係る半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の製造方法によれば、リッジ１１の上面全体から絶縁膜を除去してコンタクト層６を露出させたので、微細に残留した絶縁膜の欠損によって素子特性が不安定になることはなく、安定した素子特性を得ることができる。
【００４０】
さらに、本実施形態に係る半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の製造方法によれば、突出部１２の先端Ｐと突出部１２の先端Ｐから下ろした垂線がリッジ１１の側壁と交差する点Ｐ’とを結んだ線分の長さをＭとし、突出部１２における障壁緩和層５とコンタクト層６と絶縁膜１５との厚さをＬとするとき、Ｍ＞Ｌとなるようにしたので、レジスト１６を過剰にエッチバックした場合でも、突出部１２の影となる庇の直下のレジストが保護され、絶縁膜１５が露出してしまうことを確実に防止できる。これにより、絶縁膜１５のエッチング工程でリッジ側面の絶縁膜１５が除去されることはなくなり、リッジ側面が露出して素子特性が不安定になることを確実に防止できる。
【００４１】
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】
【００４２】
１  半導体基板
２  第１クラッド層
３  活性層
４  第２クラッド層
５  障壁緩和層
６  コンタクト層
１１  リッジ
１２  突出部
１５  絶縁膜
１７  電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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