(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下クラッド層上に、Ｇａ1-xＡｌxＡｓ（０≦ｘ≦０．５）活性層、第１上クラッド層、エッチングストップ層、ストライプ状の第２上クラッド層及び保護層が順次積層されているストライプ導波構造型半導体レーザ素子において、
上記第２上クラッド層は、上下で組成が異なり、
上記エッチングストップ層は、異なる３層からなっているストライプ導波構造型半導体レーザ素子を製造するためのストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法であって、
上記第２上クラッド層と上記保護層との両方に対してエッチング可能な第１のエッチング液で、上記第２上クラッド層及び上記保護層のエッチングを行う第１の工程と、
上記第２上クラッド層に対してエッチングレートが大であり、かつ、上記保護層と上記エッチングストップ層の最上層とに対してエッチング不可能なあるいはエッチングレートが小な第２のエッチング液を用いて、上記第２上クラッド層のエッチングを行う第２の工程と、
上記保護層と上記エッチングストップ層の最上層とに対してエッチングレートが大であり、かつ、上記第２上クラッド層と上記エッチングストップ層の中央の層とに対してエッチング不可能あるいはエッチングレートが小な第３のエッチング液を用いて、上記保護層と上記エッチングストップ層の最上層とのエッチングを行う第３の工程と、
上記第２上クラッド層と上記エッチングストップ層の中央の層とに対してエッチングレートが大であり、かつ、上記保護層と上記エッチングストップ層の最下層とに対してエッチング不可能あるいはエッチングレートが小な第４のエッチング液を用いて、上記第２上クラッド層と上記エッチングストップ層の中央の層とのエッチングを行う第４の工程とを備えたことを特徴とするストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法において、
上記第１のエッチング液は、硫酸、過酸化水素水及び水からなり、
上記第２のエッチング液は、弗化水素水と水とからなり、
上記第３のエッチング液は、アンモニア、過酸化水素水及び水からなり、
上記第４のエッチング液は、弗化水素水と水とからなることを特徴とするストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法において、
上記第１〜第４のエッチング液のエッチングレートは１０Å／秒〜５００Å／秒であることを特徴とするストライプ導波構造型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、例えば、光ファイバ通信、光計測システム及び光ディスクなどの光情報処理に必要とされるストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法に関するものであり、特に半導体レーザ素子のチャンネル構造の製造方法に関する。
【０００２】
本明細書において、チャンネルとは電流が流れる経路を意味する。
【０００３】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より、半導体レーザとしては、電流狭窄と光閉じ込めとのための構造を基板上に有するものがある。上記構造の１つにリッジ構造があり、このリッジ構造をウェットエッチング法で形成する方法がある。
【０００４】
以下、上記ウェットエッチングの一例について説明する。
【０００５】
まず、図３（ａ）に示すように、レジストマスク３４を用いて、例えばＧａＡｓ層３３，ＧａＡｌＡｓ層３２をエッチングする。その後、上記ＧａＡｌＡｓ層３２を選択エッチングして、図３（ｂ）に示すように、ＧａＡｓ層３３下にＧａＡｌＡｓ層１３２を形成する。このとき、上記ＧａＡｌＡｓ層１３２下のＧａＡｓエッチングストップ層３１により、エッチング深さが精密にコントロールされる。
【０００６】
しかし、上記ウェットエッチング法では等方エッチング性のため、エッチング側面が凹凸になることが避けられない。つまり、上記ＧａＡｓ層３３，ＧａＡｌＡｓ層１３２からなるチャンネルの側面が凸凹になる。その結果、上記チャンネルの両側に電流ブロック層となる層を再成長すると、チャンネルの側面の凹部が穴として残ったり、結晶性が著しく悪くなるという問題がある。
【０００７】
半導体レーザの結晶内部に穴部として空洞部分があると、その後のプロセスが制限されたり、複雑なプロセスとなる。
【０００８】
また、半導体レーザの結晶性が悪くなるとレーザ寿命に悪影響を与えたり、諸特性がばらつきを持ち、生産の歩留や品質に悪影響を及ぼす。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、チャンネルの側面に凹凸が生じるのを阻止できるストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明のストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法は、
下クラッド層上に、Ｇａ1-xＡｌxＡｓ（０≦ｘ≦０．５）活性層、第１上クラッド層、エッチングストップ層、ストライプ状の第２上クラッド層及び保護層が順次積層されているストライプ導波構造型半導体レーザ素子において、
上記第２上クラッド層は、上下で組成が異なり、
上記エッチングストップ層は、異なる３層からなっているストライプ導波構造型半導体レーザ素子を製造するためのストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法であって、
上記第２上クラッド層と上記保護層との両方に対してエッチング可能な第１のエッチング液で、上記第２上クラッド層及び上記保護層のエッチングを行う第１の工程と、
上記第２上クラッド層に対してエッチングレートが大であり、かつ、上記保護層と上記エッチングストップ層の最上層とに対してエッチング不可能なあるいはエッチングレートが小な第２のエッチング液を用いて、上記第２上クラッド層のエッチングを行う第２の工程と、
上記保護層と上記エッチングストップ層の最上層とに対してエッチングレートが大であり、かつ、上記第２上クラッド層と上記エッチングストップ層の中央の層とに対してエッチング不可能あるいはエッチングレートが小な第３のエッチング液を用いて、上記保護層と上記エッチングストップ層の最上層とのエッチングを行う第３の工程と、
上記第２上クラッド層と上記エッチングストップ層の中央の層とに対してエッチングレートが大であり、かつ、上記保護層と上記エッチングストップ層の最下層とに対してエッチング不可能あるいはエッチングレートが小な第４のエッチング液を用いて、上記第２上クラッド層と上記エッチングストップ層の中央の層とのエッチングを行う第４の工程とを備えたことを特徴としている。
【００１８】
一実施形態のストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法は、上記第１のエッチング液は、硫酸、過酸化水素水及び水からなり、上記第２のエッチング液は、弗化水素水と水とからなり、上記第３のエッチング液は、アンモニア、過酸化水素水及び水からなり、上記第４のエッチング液は、弗化水素水と水とからなる。
【００１９】
一実施形態のストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法は、上記第１〜第４のエッチング液のエッチングレートは１０Å／秒〜５００Å／秒である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１実施形態のストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法の模式工程図である。
【００２１】
上記ストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法では、図１（ａ）に示すようなウェハにチャンネル構造としてのリッジ構造を作り込む。このウェハは、保護層を形成するための例えば膜厚０．２μｍのＧａＡｓ層３を最表面層として有している。そして、上記ＧａＡｓ層３下には第２上クラッド層２が設けられている。この第２上クラッド層２は、図中上側から図中下側に向かって徐々にＡｌ組成が２０％、３０％、４０％と増えていく例えば各膜厚０．２μｍのＧａＡｌＡｓ多層構造としての３層構造２ａと、この３層構造２ａ下に設けられた例えば膜厚１．３μｍのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層２ｂとを有している。また、上記第２上クラッド層２下にはエッチングストップ層１を設けている。このエッチングストップ層１は、例えば膜厚３０ÅのＧａＡｓ層１ａと、このＧａＡｓ層１ａ下に形成され、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層２ｂと同じ混晶比の例えば膜厚０．１μｍのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層１ｂと、このＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層１ｂ下に形成された例えば膜厚３０ÅのＧａＡｓ層１ｃとからなっている。
【００２２】
また、図示しないが、上記エッチングストップ層１下には、第１上クラッド層、Ｇａ1-xＡｌxＡｓ（０≦ｘ≦０．５）活性層及び下クラッド層を設けている。このＧａ1-xＡｌxＡｓ活性層は第１上クラッド層と下クラッド層とで挟まれている。そして、上記下クラッド層及び第１上クラッド層のバンドギャップはＧａ1-xＡｌxＡｓ活性層のバンドギャップよりも大きくなっている。
【００２３】
以下、上記半導体レーザ素子の製造方法を、図１（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
【００２４】
最初に、図１（ａ）に示すように、ＧａＡｓ層３上に所定形状のレジストマスク４を形成して、第１のエッチング液でエッチングを例えば１８０秒行う。上記第１のエッチング液の一例としては、Ｈ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝１：１０：５０の混合比とした硫酸系のエッチャントがある。また、上記第１のエッチング液の液温は例えば１０℃に設定する。そして、上記エッチングを行うとき、リッジ方向（紙面に対して垂直な方向）をウェハの順メサ方向とすれば、ＧａＡｓ部のエッチング面方位性のため、側面の凹凸を小さくすることができる。
【００２５】
次に、第２のエッチング液の一例としてのＨＦを用いて、例えば５０秒のエッチングを行うと、図１（ｂ）に示すように、３層構造１０２ａ、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層１０２ｂがエッチングストップ層１上に形成される。このとき、ＨＦの液温は例えば１０℃に設定する。
【００２６】
次に、例えば液温１０℃の第３のエッチング液を用いて、エッチングを例えば３０秒行うと、リッジ構造の両側のＧａＡｓ層１ａが除去され、図１（ｃ）に示すように、ＧａＡｓ層１０３が３層構造１０２ａ上に形成される。このとき、上記Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層１０２ｂ下にはＧａＡｓ層１０１ａが形成されている。また、上記第３のエッチング液の一例としては、ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝１：３０：５０の混合比としたアンモニア系のエッチャントがある。このエッチャントにおいて、アンモニア水と過酸化水素水との混合比はアンモニア水を１とした場合、過酸化水素水を１０以上の割合で混合することでＧａＡｓの選択エッチングが可能となる。
【００２７】
そして、第４のエッチング液の一例としてのＨＦを用いて、例えば１５秒のエッチングを行うと、リッジ構造の両側のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層１ｂが除去され、図１（ｄ）に示すように、ＧａＡｓ層１０３、３層構造２０２ａ及びＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層２０２ｂからなるリッジが得られる。このとき、上記ＧａＡｓ層１０１ａ下にはＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層１０１ｂが形成されている。
【００２８】
このように、組成比による選択性の少ないエッチャントと、ＧａＡｓ〜低Ａｌの混晶比の層を選択的にエッチングするエッチャントと、Ａｌ0.4Ｇａ0.6ＡｓよりＡｌ比の高い結晶を選択的にエッチングするエッチャントとを用いることにより、リッジ側面の凹凸形状をコントロールすることができる。したがって、このリッジの側面に凹凸が生じるのを阻止することができる。
【００２９】
上記第１実施形態では、下クラッド層及び第１上クラッド層の材料について記載しなかったが、例えばＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓを用いて下クラッド層及び第１上クラッド層を形成してもよい。
【００３０】
また、上記ＧａＡｓ層１ａとＧａＡｓ層１ｃとの間に形成する層は、Ａｌ組成が０．４以上の層であってもよい。
【００３１】
上記各エッチング液のエッチングレートは１０Å／秒〜５００Å／秒とすることが望ましい。これは、上記エッチングレートが１０Å／秒をより小さいとエッチング時間が長くなりすぎるため、生産性が悪くなる。また、上記エッチングレートが５００Å／秒を越えると制御性、再現性のばらつきが大きくなるため、所望とする形状の再現性が得られ難くなるからである。
【００３２】
上記レジストマスク４の膜厚を６μｍに設定し、本実施形態の条件でエッチングを行った場合、リッジ底幅２．５μｍ、ＧａＡｓ上部幅０．５μｍ〜１．０μｍのリッジ形状を作ることができる。
【００３３】
（第２実施形態）
図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２実施形態のストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法の模式工程図である。図２（ａ）〜（ｄ）において、図１（ａ）〜（ｄ）に示した構成部と同一構成部は、図１（ａ）〜（ｄ）における構成部と同一参照番号を付して説明を省略または簡単にする。
【００３４】
上記ストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法では、図２（ａ）に示すようなウェハにチャンネルとしてのリッジ構造を作り込む。このウェハは、保護層を形成するための例えば膜厚０．２μｍのＧａＡｓ層３を最表面層として有している。そして、上記ＧａＡｓ層３下には第２上クラッド層２２を形成している。この第２上クラッド層２２は、ＧａＡｓ層３から深さ０．６μｍまでの第１の領域２２ａと、この第１の領域２２ａからエッチングストップ層１のＧａＡｓ層１ａまでの深さ１．３μｍの第２の領域２２ｂとからなっている。上記第１の領域２２ａは、図中上側から図中下側に向かって連続的にＡｌ組成が増えている。一方、上記第２の領域２２ｂは、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなり、Ａｌ混晶比が均一になっている。
【００３５】
このようなウェハを用いて上記第１実施形態と同じ条件のエッチングを行うと、図２（ａ）に示すＧａＡｌＡｓ層２２は、図２（ｂ），（ｃ）に示すＧａＡｌＡｓ層１２２へ変化した後、図２（ｄ）に示すＧａＡｌＡｓ層２２２へと変化する。このとき、図２（ａ），（ｂ）に示すＧａＡｓ層３は、図２（ｃ），（ｄ）に示すＧａＡｓ層１０３に変化する。このＧａＡｓ層１０３とＧａＡｌＡｓ層２２２とからなるリッジは、上記第１実施形態のリッジの側面よりも滑らかな側面を有する。すなわち、上記第１実施形態のリッジの側面よりも滑らかな側面のリッジを形成することができる。
【００３６】
上記第１，第２実施形態で形成したストライプ導波構造、すなわちリッジ構造は埋め込み成長で形成してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明のストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法によれば、複数の異なるエッチャントを用いて保護層，第２上クラッド層のエッチングを行って、保護層と第２上クラッド層とからなるチャンネルの側面の凹凸をコントロールでき、チャンネルの側面に凹凸が生じるのを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１実施形態のストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法の模式工程図である。
【図２】  図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２実施形態のストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法の模式工程図である。
【図３】  図３（ａ），（ｂ）は、従来のストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法の模式工程図である。
【符号の説明】
１  エッチングストップ層
２，２２，１２２，２２２  第２上クラッド層
２ａ  ３層構造
１ａ，１ｃ，３，１０３  ＧａＡｓ層
１ｂ，２ｂ  Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層
２２ａ  第１の領域
２２ｂ  第２の領域
【図１】
0003996778.tif 000002
【図２】
0003996778.tif 000003
【図３】
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