(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１００）面から［０１１］方向に１０°〜１５°傾けた面を主面とする基板上に、ＭＢＥ法によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体層からなり中間にエッチングストップ層を有するバンドギャップＥｇｃのクラッド層、及びＭＢＥ法によるＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層を含むバンドギャップＥｇａ（Ｅｇａ＜Ｅｇｃ）の活性層を積層し、リッジストライプを形成した半導体レーザ素子の製造方法において、前記ＭＢＥ法によるＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ半導体層の成長温度は４８０〜５１０℃の条件で行われ、前記リッジストライプを［０１−１］方向に延伸させる工程、及び前記リッジストライプの表面を化学エッチングする工程を有し、前記リッジストライプの表面を化学エッチングする工程で前記クラッド層をエッチングするエッチング液はリン酸であることを特徴とする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、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の製造方法に関し、特に、低温でＡｌＧａＩｎＰ系半導体層を成長することが可能なＭＢＥ法を用いて製造することによって良好な結晶性を得、発振閾値が低く、発光効率が高い、半導体レーザ素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子は、光ディスクシステム、レーザプリンタ、バーコードリーダなど多くの分野において光源として用いられており、従来より盛んに研究開発が行われている。ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子及びその製造方法に関する先行技術としては、例として特開平８−２２８０４１号公報，特開平８−２２８０４７号公報，特開平６−２９６０６２号公報，特開平２−１６８６９０号公報，特開平８−１８１３８５号公報，特開平５−６７８３９号公報，特開平７−５０４５３号公報，特開平７−５０４５２号公報，特開平７−２２６９６号公報，特開平６−２７５９１５号公報などが挙げられる。
【０００３】
上記先行技術において、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子を構成するＡｌＧａＩｎＰ系結晶層の成長には主としてＭＯＣＶＤ法が用いられているが、これは他の有力な結晶成長法であるＭＢＥ法に比べて結晶性の良いものが得られていたためである。しかし、ＭＢＥ法では半導体レーザ素子の電気特性の改善に重要なｐ型半導体層のキャリア濃度をＭＯＣＶＤ法より高くできること、該キャリア濃度を達成するための不純物に拡散の小さいＢｅを用いることができるため、長時間の信頼性が得られる半導体レーザ素子を実現できること、の２つの大きな利点がある。このため、ＭＢＥ法により成長される結晶の、結晶性の改善がＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の特性改善に有効である。
以下にＭＢＥ法を用いたＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子について説明する。
【０００４】
図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の従来の製造方法を示す工程図であり、図５（Ｅ）〜図５（Ｇ）は、同じく従来の製造方法を示す図４（Ａ）〜図４（Ｄ）から続く工程図である。
図４（Ａ）に示すように、面方位が（１００）ジャストのｎ型ＧａＡｓ基板２１の主面上にＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法：Molecular Beam Epitaxy）により成長温度４５０℃で、ｎ型（Ａｌ0.72Ｇａ0.28）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層２２、Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ活性層２３、ｐ型（Ａｌ0.72Ｇａ0.28）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層２４、ノンドープＧａ0.62Ｉｎ0.38Ｐエッチングストップ層２５、ｐ型（Ａｌ0.72Ｇａ0.28）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第２クラッド層２６、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ中間層２７及びｐ型ＧａＡｓキャップ層２８を順次成長し、次に、この上にＡｌ2Ｏ3膜２９を蒸着する。
【０００５】
その後、Ａｌ2Ｏ3膜２９上にレジスト膜３０を塗布し、フォトエッチングを行ってＡｌ2Ｏ3膜２９をストライプ状にパターン加工した後、図４（Ｂ）に示すようにＡｌ2Ｏ3膜２９をマスクとしてエッチングを行い、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２８、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ中間層２７、ｐ型（Ａｌ0.72Ｇａ0.28）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第２クラッド層２６を除去することにより、Ａｌ2Ｏ3膜２９の直下にリッジを形成する。この後、図４（Ｃ）に示すようにレジスト膜３０を除去した後、２回目のＭＢＥ成長を行い、リッジ両側にｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層３１を作製する。
【０００６】
この時、Ａｌ2Ｏ3膜２９の表面上には多結晶状態のＧａＡｓ結晶３２が成長する。次いで、レジスト膜３３をスピンナにより塗布する。この場合ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層３１上にはレジスト３３が塗布されるが、多結晶状態のＧａＡｓ結晶３２上にはレジスト３３がほとんど塗布されない。この後、表面全体のレジスト３３をＯ3−ＵＶアッシングして、図４（Ｄ）に示すようにｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層３１上のみにレジスト３３が塗布されている状態にする。
【０００７】
そして、次に図５（Ｅ）に示すようにレジスト３３をマスクとして多結晶状態のＧａＡｓ結晶３２をエッチング除去する。その後、図５（Ｆ）に示すようにレジスト３３を除去し、Ａｌ2Ｏ3膜２９もエッチング除去する。次いで３回目のＭＢＥ成長を行いｐ型ＧａＡｓコンタクト層３４を作製し、最後にこのようにして作製した積層構造の上面及びｎ型ＧａＡｓ基板２１の裏面に、電極３５，３６を形成することにより、図５（Ｇ）に示すようなＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザ素子が得られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＢＥ法では材料の金属を分子の形で供給するため、同じ気相成長法であるが材料を有機金属の形で供給し、半導体基板上で熱分解して成長させるＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）に比較して低温成長が可能である。また、ＭＯＣＶＤ法の場合には成長温度を有機金属の分解温度より高い６００℃〜７００℃としなければ結晶成長ができない。即ち、Ｉｎ原子の蒸発温度である５２０℃より高い温度で成長する必要があるため、供給したＩｎの量に対し成長する結晶の厚さが薄くなる、いわゆる再蒸発が発生している状態での成長となる。再蒸発が生じると結晶の混晶比が、材料の供給量だけでなく、成長温度により変化するため発振波長等半導体レーザ素子の光学特性の制御等が困難になるという問題がある。
【０００９】
しかし、ＭＢＥ法でも結晶性向上のためにはやはり高温側での成長が望ましい。例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系材料を４００℃以下で成長した場合、結晶の比抵抗が高くなって半導体レーザ素子とすることができない。これは材料の金属分子が所定の位置に入らないために結晶性が悪くなるものと考えられる。
ところが、ＭＢＥ成長法の場合、面方位が（１００）ジャストの基板を用いた場合、成長温度を４８０℃以上と高くするとフォトルミネッセンス発光（以下「ＰＬ」と呼ぶ）のスペクトルが広くなり、レーザ素子用結晶として好ましくない。
【００１０】
また、従来例のようにして成長したＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層ではＧａＡｓ基板表面の不純物の影響を受けやすくなり、しばしばモホロジィが劣化したり、結晶欠陥が発生するという問題が発生する。
【００１１】
本発明は、（１００）面から［０１１］方向にθ°傾けた面を主面とするＧａＡｓ基板上にＭＢＥ法によりＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層を成長させ、すなわち結晶性の良いＡｌＧａＩｎＰ半導体層を成長させることにより、発振閾値が低く、発光効率が高い半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、Ｉｎの再蒸発温度より低い温度で成長でき、従って、混晶比のバラツキが小さく安定した特性の得られるＭＢＥ成長法でＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層の結晶性を向上することができ、更にはＧａＡｓ基板表面の不純物の影響を受け難く、その上にＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層を成長させた場合に良質なモホロジィを確保し、結晶欠陥を少なくすることができる製造方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記従来技術に鑑みてなされたもので、第１の技術手段は、（１００）面から［０１１］方向に１０°〜１５°傾けた面を主面とする基板上に、ＭＢＥ法によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体層からなり中間にエッチングストップ層を有するバンドギャップＥｇｃのクラッド層、及びＭＢＥ法によるＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層を含むバンドギャップＥｇａ（Ｅｇａ＜Ｅｇｃ）の活性層を積層し、リッジストライプを形成した半導体レーザ素子の製造方法において、前記ＭＢＥ法によるＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ半導体層の成長温度は４８０〜５１０℃の条件で行われ、前記リッジストライプを［０１−１］方向に延伸させる工程、及び前記リッジストライプの表面を化学エッチングする工程を有し、前記リッジストライプの表面を化学エッチングする工程で前記クラッド層をエッチングするエッチング液はリン酸であることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明は、（１００）面から［０１１］方向にθ°傾けた面を主面とする基板上に、III−Ｖ族化合物半導体層からなるバンドギャップＥgcのクラッド層及びバンドギャップＥgaの活性層を積層してなる半導体レーザ素子において、Ｅga＜Ｅgcであり、リッジストライプを有し、該リッジストライプの延びる方向は［０１−１］方向である半導体レーザ素子をＭＢＥ法により形成する。
【００２４】
本発明者が鋭意研究した結果、ＧａＡｓ基板の（１００）面から［０１１］方向に傾ける角度θ°は、傾斜角θ°を大きくしていくほど、その上に成長されたＡｌＧａＩｎＰ系半導体層のＰＬのスペクトルが広くなる成長温度が高くなることを見出した。即ち、面方位が（１００）ジャストの基板を用いた場合、成長温度が４８０℃、５００℃、５２０℃に対し、ＰＬのスペクトルの半値幅はそれぞれ８３ｍｅＶ、９４ｍｅＶ、１３０ｍｅＶと広くなるのに対し、面方位が（１００）から［０１１］方向に１５°傾いた基板を用いると成長温度が４８０℃、５００℃、５２０℃に対し、ＰＬのスペクトルの半値幅はそれぞれ７９ｍｅＶ、６６ｍｅＶ、６８ｍｅＶと全ての成長温度においてジャスト基板の場合より狭くＩｎの再蒸発が発生する結晶成長温度である５２０℃までは結晶性が改善していることを見いだした。
【００２５】
良く知られているように、半導体レーザの重要な特性に温度特性Ｔ０がある。Ｔ０とは発振閾値の温度依存性を表わすパラメータであるがこれが大きいほど実用的な半導体レーザであるといえる。Ｔ０を大きくするためにはクラッド層のバンドギャップＥgcが活性層のバンドギャップＥgaよりできるだけ大きくなるようにすることが必要である。例えば、活性層がＧａＩｎＰ（量子井戸活性層では井戸層が発光に寄与するので井戸層を考える）、クラッド層がＡｌＧａＩｎＰであるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子では、Ｅgcをできる限り大きくするためにＡｌ混晶比を間接遷移の影響で実効的にバンドギャップが低くなる手前の値０．３６７（Ｇａとの割合では０．７２でＩｎに対するＧａとＡｌの合計の割合が０．５１）に設定している。ところで、活性層のバンドギャップは設定波長に合わせ込むために不変である。そうすると、Ｔ０を大きくするためにはＥgcを大きくするほかない。
【００２６】
ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層においては、III族元素（Ｐ以外）のＩｎの割合が０．４９であれば、その層はＧａＡｓ基板と結晶格子の長さが等しい、いわゆる格子整合結晶となる。ＡｌとＧａの相対的な量は、その層のバンドギャップを変えるが結晶格子の長さはほとんど変えない。
なお、本発明の実施例における量子井戸層はＩｎの割合が０．５２と結晶格子がＧａＡｓ基板より大きく設定されているので圧縮歪みが加わった歪み超格子となっている。
また、活性層のうちＡｌＧａＩｎＰ（５００Å）は光を閉じ込めるためのガイド層であり、ＡｌＧａＩｎＰ（５０Å×３）は量子井戸層を分離して量子効果を発生させるための障壁層である。
【００２７】
（１００）面から［０１１］方向に傾ける角度θを大きくしていくと、いわゆる自然超格子が形成されなくなるので、量子井戸構造であると否とにかかわらず、また量子井戸に圧縮歪みや引張り歪みが加えられていると否とにかかわらずＧａＩｎＰ活性層及びＡｌＧａＩｎＰの結晶組成が一定であってもバンドギャップが大きくなる。
したがって、発振波長固定のため、活性層のバンドギャップを層厚、歪あるいは組成で調整した場合、θを大きくし、クラッド層のバンドギャップを大きく取ればＴ０を大きくすることができる。ＭＢＥ法で成長した結晶の場合、ＧａＡｓ基板の（１００）面から［０１１］方向に傾ける角度は７゜くらいからこのバンドギャップ増大効果が現れてくる。
【００２８】
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、（１００）面から［０１１］方向に７°〜１５°傾けた面を主面とするＧａＡｓ基板上にＧａＡｓよりなるバッファ層をＭＢＥ法により形成した後、バンドギャップがＥgcのＡｌＧａＩｎＰクラッド層及びIII族の元素の量を調整してバンドギャップＥgaがＥga＜ＥgcとしたＡｌＧａＩｎＰ活性層を含む半導体層をＭＢＥ法により形成する。
なお、ＧａＡｓ基板の（１００）面から［０１１］方向に傾ける角度θ°については、活性層の結晶性を良好にする点からは１０°〜１５°とするのが好ましいが、前記したように自然超格子の形成を防止する点からは７°〜１５°とすることができる。
【００２９】
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、（１００）面から［０１１］方向に７°〜１５°傾けた面を主面とするＧａＡｓ基板上にＧａＡｓよりなるバッファ層及びＧａＩｎＰよりなるバッファ層をＭＢＥ法により形成した後、バンドギャップがＥgcのＡｌＧａＩｎＰクラッド層及びIII族の量を調整してバンドギャップＥgaがＥga＜ＥgcとしたＡｌＧａＩｎＰ活性層を含む半導体層をＭＢＥ法により形成し、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層の成長温度が４００℃〜５２０℃の条件で行う。
【００３０】
以上のように、（１００）面から［０１１］方向にθ°傾けた面を主面とするＧａＡｓ基板の主面上にＭＢＥ法によりＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層を成長した場合、その上に成長されたＡｌＧａＩｎＰ系半導体層のＰＬのスペクトルが狭く、Ｉｎが蒸発する５２０℃まで成長温度を高くすることができる。即ち、結晶性の良いＩｎＧａＡｌＰ層を成長することができる。したがって、発振閾値が低く、発光効率が高いといった特性の良い半導体レーザ素子を製造することができる。
【００３１】
また、ＭＢＥ法では同様に気相成長法であるＭＯＣＶＤ法に比較して低温成長が可能であり、そのために各成長層の組成制御が容易である。なぜならば通常ＭＯＣＶＤ法でＡｌＧａＩｎＰ系半導体層を成長させる場合、発光素子としての結晶性のレベルを確保するために６００℃〜７００℃の高温で成長が行われる。しかし、そのために成長中にＩｎの再蒸発が発生する。したがって正確な混晶比の制御を行うためには、再蒸発量を一定に保つ必要があり、そのために通常の材料供給量の制御に加えて成長温度の正確な制御が必要となる。しかし、高温での正確な温度制御は難しいため、特にロット間での混晶比のバラツキが大きくなる。ＭＢＥ法ではＡｌＧａＩｎＰ系を成長させる場合、発光素子としての結晶性のレベルを確保するのに４００℃〜５２０℃程度のＩｎの再蒸発が生じない低温での成長が可能である。
【００３２】
また、本発明によればリッジストライプの延びる方向を、主面を傾ける方向と直交する［０１−１］方向とすることにより、リッジの形状が上部の狭い順メサ形状となる。リッジストライプの延びる方向を［０１１］方向とした場合、劈開により端面を形成すると半導体レーザ素子内部の光導波路と端面が垂直にならず、レーザ出力光が基板面に対し傾いてしまい、光ディスクシステムの光源として使用することが困難となる。また、リッジの形状は逆メサ形状となる。ＭＢＥ成長法では分子線は直進するため、上の方が広がった逆メサ形状の場合、リッジ下部に材料元素が到達せず、成長した結晶に空隙が生じてしまう。一方、リッジの形状が上部の狭い順メサ形状であればリッジを隙間なく覆うように結晶を成長させることができるため、上述のような空隙は発生せず、レーザ光をリッジストライプ近傍に適当な広がりをもって閉じ込めることができ、良好な光学特性を有する半導体レーザ素子を製造することができる。
しかしながら、傾斜角を１５°以上とすると一般的に用いられるリッジ埋め込み構造の場合、リッジ左右の傾斜角の非対称の度合いが大きくなりレーザ光の横モードが不安定となるので、７°〜１５°とすることが好ましく、特に１５°とするのが最適である。
【００３３】
また、本発明によれば良質な結晶成長が可能なＭＢＥ法で基板と同じ化合物であるＧａＡｓバッファ層を作製することにより、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層を成長に対し、ＧａＡｓ基板表面の不純物の影響を避けることができる。また、ＭＢＥ法の場合ＧａＡｓバッファ層を成長した後、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層の成長を行うためには、成長チャンバを移動する必要がある。そのため、そこで成長中断が起こり表面に不純物が取り込まれやすくなる。また、ウェハ移動中にコンタミネイションが発生するといった問題が発生する。したがってその上に、反応性の高い高Ａｌ混晶比のＡｌＧａＩｎＰクラッド層をいきなり成長させるのではなく、ＧａＩｎＰバッファ層をまず成長させることにより、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層の良質なモホロジィを確保し、結晶欠陥を少なくすることができる。
【００３４】
（実施例）
以下、本発明の実施例を図１及び図２に基づいて説明する。
図１（Ａ）〜図１（Ｄ）は、本発明のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図であり、図２（Ｅ）〜図２（Ｇ）は、同じく製造方法を示す図１（Ａ）〜図１（Ｄ）から続く工程図である。なお、本発明の半導体レーザ素子の実際上の製造においては、多数の素子を１枚の基板の上に並べて複数個同時に形成し、最後に個々の半導体レーザ素子に分割されるので、図１、図２（図４、図４においても同様）における素子の側面は波線にて表示している。
本実施例のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子は、発振波長を６５０ｎｍに設定した場合の例であり、この半導体レーザ素子は、例えば次のような一連の工程によって製造することができる。
まず、図１（Ａ）に示すように、（１００）面から［０１１］方向に１５°傾けた面を主面とするｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＢＥ法により成長温度６００℃でｎ型ＧａＡｓバッファ層２を０.２５μｍ積層する。ＧａＡｓバッファ層２はＶ族元素としてＡｓのみを用いる成長チャンバで積層する。次に、ＧａＡｓバッファ層２を積層したＧａＡｓ基板を真空中でＶ族元素としてＰのみを用いる成長チャンバに移動する。真空中で成長チャンバを移動した後、最初に反応性の高いＡｌを含まないバッファ層を成長するので移動中のコンタミネイションによる結晶性の劣化を防止することができる。
【００３５】
以下成長温度４００℃〜５２０℃、より好ましくは４８０℃〜５１０℃、最も好ましくはＩｎの再蒸発の心配が無く、ＰＬのスペクトルが狭くなる４８０℃〜４９０℃でｎ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐバッファ層３を０.２５μｍ、ｎ型（Ａｌ0.72Ｇａ0.28）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層４を１.２μｍ、歪量子井戸活性層５として（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（５００Å）＋［Ｇａ0.48Ｉｎ0.52Ｐ（５０Å×４）＋（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（５０Å×３）］＋（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（５００Å）、ｐ型（Ａｌ0.72Ｇａ0.28）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第１クラッド層６を０.１７μｍ、ｐ型またはノンドープＧａ0.62Ｉｎ0.38Ｐエッチングストップ層７を８０Å、ｐ型（Ａｌ0.72Ｇａ0.28）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第２クラッド層８を１.０３μｍ及びｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ中間層９を０.０５μｍ順次積層する。本実施例では発振波長を６５０ｎｍとするため歪量子井戸層５をＧａ0.48Ｉｎ0.52Ｐ、厚さ５０Åとした。
【００３６】
再度、真空中で基板をＶ族元素としてＡｓのみを用いる成長チャンバに移動し、既に積層した結晶からＰ元素が抜けないように、成長温度５００℃で第２導電型ＧａＡｓキャップ層１０を積層する。次いでｐ型ＧａＡｓキャップ層１０上にＡｌ2Ｏ3膜１１を０.１５μｍ蒸着する。
【００３７】
その後、Ａｌ2Ｏ3膜１１上にレジスト膜１２を塗布し、フォトエッチングを行ってＡｌ2Ｏ3膜１１を［０１−１］方向に延びるストライプ状にパターン加工した後、図１（Ｂ）に示すようにＡｌ2Ｏ3膜１１をマスクとしエッチングを行い、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ中間層９、ｐ型（Ａｌ0.72Ｇａ0.28）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第２クラッド層８を除去することにより、Ａｌ2Ｏ3膜１１の直下にリッジを形成する。
【００３８】
このとき、エッチング液としてｐ型ＧａＡａキャップ層１０に対しては硫酸：過酸化水素水：水＝１：２：２０（１２℃）、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ中間層９に対してはＳＢＷ（飽和臭素水）：リン酸：水＝２：１：５（２０℃）、ｐ型（Ａｌ0.72Ｇａ0.28）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第２クラッド層８に対してはリン酸（７０℃）を用いた。なお、上記エッチング液を構成する各溶液は次のとおりのものであり、各溶液の混合比は重量比で表している。
硫酸（Ｈ2ＳＯ4）：通常の濃硫酸であって日本薬局方の特級品、
過酸化水素水（Ｈ2Ｏ2）：日本薬局方の特級品
水（Ｈ2Ｏ）：純水
飽和臭素水（ＳＢＷ）：臭素を水に入れ飽和させた（つまり、水の下方に臭素が残っている状態）溶液の上ずみ液、
りん酸（Ｈ3ＰＯ4）：日本薬局方の特級品
このようなエッチング液を用いて化学的なエッチングを行うことにより、次の工程で形成されるＧａＡｓ電流狭窄層とリッジの側面との結晶界面を良好なものとすることが可能となる。化学的エッチングを行うことにより基板の主面が（１００）面から［０１１］方向にθ゜傾いているのに伴い、リッジの断面形状も結晶の断面内で積層方向の軸に対し図３のように軸非対称な形状となる。例えば、完全に化学的なエッチングを行えば、結晶面とリッジ側面のなす角のうち鋭角の方の値はθ１＝５４．７゜−θ゜、θ２＝５４．７゜＋θ゜となる。
リッジの作成をイオンビームエッチング等の機械的な方法によって行った場合、リッジの断面形状は結晶の断面内で積層方向の軸に対し軸対称な形状とすることができる。しかし、そうするとリッジ側面に機械的な損傷が残って、リッジ側面と電流狭窄層との界面でリークが発生し、電流狭窄効果が悪くなってしまう。
このため、機械的な方法でリッジを形成した場合も、電流狭窄層の成長前に上記の化学エッチング用の液で少しリッジ側面をエッチングすることが望ましい。これをリンスと呼ぶ。リンスを行うとリッジの形状は完全に化学エッチングで形成したほど軸非対称ではないが、やはり軸非対称な形状となる。
【００３９】
次いで、図１（Ｃ）に示すようにレジスト膜１２を除去した後、２回目のＭＢＥ成長をＶ族元素としてＡｓのみを用いるチャンバにて行いリッジ両側に成長温度６００℃でｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１３を１.５８μｍ作製する。成長温度は、表面が露出しているｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ中間層９及びリッジ側面が露出しているｐ型（Ａｌ0.72Ｇａ0.28）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第２クラッド層８からＰまたはＩｎが再蒸発し結晶性が劣化することが無い範囲で、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１３の結晶性が良くなるようにできるだけ高い温度である６００℃としている。この時、Ａｌ2Ｏ3膜１１の表面上には多結晶状態のＧａＡｓ結晶１４が成長する。
【００４０】
次いで、レジスト膜１５をスピンナにより塗布する。この場合、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１３上にはレジスト１５が塗布されるが、多結晶状態のＧａＡｓ結晶１４上にはレジスト１５がほとんど塗布されない。この後、表面全体のレジスト１５をＯ3−ＵＶアッシングして、図１（Ｄ）に示すようにｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１３上のみにレジスト１５が塗布されている状態にする。そして、次に図２（Ｅ）に示すようにレジスト１５をマスクとして多結晶状態のＧａＡｓ結晶１４をエッチング除去する。そして、その後図２（Ｆ）に示すようにレジスト１５を除去し、Ａｌ2Ｏ3膜１１もエッチング除去する。その後、窒素雰囲気中で７００℃、２時間熱アニールを行う。熱アニールを行うことによりｐ型半導体層の不純物を活性化することができ、ｐ型半導体層のキャリア濃度を高くすることができる。良く知られているように、ｐ型半導体層のキャリア濃度を高くすると半導体レーザ素子の温度特性等を改善できる。
【００４１】
次いで、３回目のＭＢＥ成長をＶ族元素としてＡｓのみを用いる成長チャンバにて行い成長温度６００℃でｐ型ＧａＡｓコンタクト層１６を４μｍ積層し、最後にこのようにして作製した積層構造の上面及びｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面に、電極１７，１８を形成し、個々の素子に分割することにより、図２（Ｇ）に示すようなＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザ素子が得られる。
本発明は実施例のレーザ構造に限らず各種構造の半導体レーザ素子に適用できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所定の発振波長のレーザ光を発生するＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子を製造するにあたって、（１００）面から［０１１］方向にθ°傾けた面を主面とするＧａＡｓ基板上にバンドギャップＥgcのＡｌＧａＩｎＰクラッド層及びIII族の量を調整してバンドギャップＥgaがＥga＜ＥgcとしたＡｌＧａＩｎＰ活性層を含む半導体層をＭＢＥ法により形成するので、その上に成長されたＡｌＧａＩｎＰ系半導体層のＰＬのスペクトルが狭く、Ｉｎが蒸発する５２０℃まで成長温度を高くすることができる。即ち、結晶性の良いＩｎＧａＡｌＰ層を成長することができる。したがって、発振閾値が低く、発光効率が高いといった特性の良い半導体レーザ素子を提供することができる。また、（１００）面から［０１１］方向に７°〜１５°傾けた面を主面とするＧａＡｓ基板上に反応性の高いＡｌＧａＩｎＰクラッド層をいきなり成長させるのでなく、ＧａＡｓよりなるバッファ層またはＧａＩｎＰよりなるバッファ層をＭＢＥ法により形成した後、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層を成長させることにより、ＧａＡｓ基板表面の不純物の影響を受け難く、その上にＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層を成長させた場合に良質なモホロジィを確保し、結晶欠陥を少なくすることができる。
【００４３】
また、リッジストライプの方向を主面を傾ける方向と直交する［０１−１］方向とするので、リッジの形状が上部の狭い順メサ形状となり、リッジを隙間なく覆うように結晶を成長させることができ良好な光学特性を有し、隙間から外気が侵入して特性が劣化しない半導体レーザ素子を製造することができる。また、劈開により形成した端面と半導体レーザ素子内部の光導波路と端面が垂直になるので光ディスクシステムの光源として使用することが可能となる。
【００４４】
また、結晶成長温度を４８０℃〜５１０℃とするので、結晶性を良好に保ったまま、Ｉｎの再蒸発が無く、結晶の混晶比の制御が容易で、したがって、発振波長が所定の値に制御された半導体レーザ素子を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明の実施例の製造方法を示す図１の工程図から続く工程図である。
【図３】リッジストライプの断面形状を示す図である。
【図４】従来の製造方法を示す工程図である。
【図５】従来の製造方法を示す図４の工程図から続く工程図である。
【符号の説明】
１…ｎ型ＧａＡｓ基板、２…ｎ型ＧａＡｓバッファ層、３…ｎ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐバッファ層、４…ｎ型（Ａｌ0.72Ｇａ0.28）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層、５…ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ歪量子井戸活性層、６…ｐ型（Ａｌ0.72Ｇａ0.28）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第１クラッド層、７…Ｇａ0.62Ｉｎ0.38Ｐエッチングストップ層、８…ｐ型（Ａｌ0.72Ｇａ0.28）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第２クラッド層、９…ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ中間層、１０…ｐ型ＧａＡｓキャップ層、１１…Ａｌ2Ｏ3膜、１２…レジスト膜、１３…ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層、１４…ＧａＡｓ結晶、１５…レジスト膜、１６…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１７，１８…電極、２１…ｎ型ＧａＡｓジャスト基板、２２…ｎ型（Ａｌ0.72Ｇａ0.28）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層、２３…Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ活性層、２４…ｐ型（Ａｌ0.72Ｇａ0.28）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第１クラッド層、２５…Ｇａ0.62Ｉｎ0.38Ｐエッチングストップ層、２６…ｐ型（Ａｌ0.72Ｇａ0.28）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第２クラッド層、２７…ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ中間層、２８…ｐ型ＧａＡｓキャップ層、２９…Ａｌ2Ｏ3膜、３０…レジスト膜、３１…ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層、３２…ＧａＡｓ結晶、３３…レジスト膜、３４…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、３５，３６…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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