(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１導電型の第１のクラッド層、活性層および第２導電型の第２のクラッド層を含む、レーザ構造を形成する半導体層を成長させる工程と、
上記半導体層上に、共振器長方向と直交する方向に延び、かつ、共振器長に対応した幅を有するストライプ形状の第１の絶縁膜を形成する工程と、
上記第１の絶縁膜をマスクとして上記半導体層を上記活性層に達しない深さまでエッチングする工程と、
上記第１の絶縁膜をパターニングすることにより、共振器長方向に延び、かつ、形成すべきストライプ部の幅に対応した幅を有するストライプ形状の第２の絶縁膜を形成する工程と、
上記第２の絶縁膜をマスクとして上記半導体層をエッチングすることにより溝を形成し、この際、上記溝のうちの共振器長方向に延びる部分の深さは上記活性層に達しない深さとなり、上記溝のうちの共振器長方向と直交する方向に延びる部分の深さは上記活性層を超える深さとなるようにする工程と、
上記第２の絶縁膜をマスクとして上記溝の内部に上記活性層よりもバンドギャップが大きい半導体層を成長させて埋め込む工程とを有する
ことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
上記溝のうちの共振器長方向に延びる部分の深さは上記第２のクラッド層の厚さ方向の途中の深さとなり、上記溝のうちの共振器長方向と直交する方向に延びる部分の深さは上記第１のクラッド層の厚さ方向の途中の深さとなるようにすることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項３】
上記半導体レーザはＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザであることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項４】
上記活性層よりもバンドギャップが大きい半導体層はＡｌＧａＡｓ層、ＡｌＧａＩｎＰ層、ＺｎＳｅ層またはＧａＮ層であることを特徴とする請求項３記載の半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体レーザの製造方法に関し、特に、いわゆる窓構造を有する半導体レーザの製造に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザに比べて発光波長が短いため、従来より様々な分野に応用されてきた。このＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは、近年では、高密度記録が可能なディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）の記録／再生用の光ディスク装置（ＤＶＤ装置）のレーザ光源として注目されている。
【０００３】
現在、ＤＶＤ装置用のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは、再生（読み出し）用として出力５ｍＷクラスのものが主であるが、今後は、記録（書き込み）用として３０〜５０ｍＷクラスの高出力のものが求められている。
【０００４】
しかしながら、従来のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ、特に、波長６３０〜６５０ｎｍ帯のものでは、出力を増大させると、端面破壊が進むため、思うように高出力化を図ることができない。そこで、レーザ共振器の端面をいわゆる窓構造として端面劣化を防ぐことが重要となる。
【０００５】
従来、この窓構造の形成に最もよく用いられている方法として、劈開によって端面を形成する前に基板（ウェーハ）上面より、後に劈開によって端面を形成する領域にＺｎを拡散させて、その領域内における量子井戸構造を破壊するか、あるいは、活性層における自然超格子を破壊することで、端面におけるバンドギャップを局所的に増加させ、端面近傍での光学的損失を低下させる方法がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の窓構造の形成方法は、Ｚｎ拡散の制御が難しいことから、Ｚｎがレーザ共振器の端面から１００μｍ前後にわたって拡散してしまうため、素子の信頼性を低下させることがあった。また、窓構造を形成するために、通常のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造プロセスに加えてＺｎ拡散のプロセスが必要であることから、製造プロセスが煩雑であった。さらに、従来のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の上部をストライプ形状にパターニングし、その両側の部分にｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層を埋め込んだ電流狭窄構造を有し、いわゆる損失導波型であるため、駆動電流が大きく、端面以外の部分でも劣化が生じやすかった。
【０００７】
したがって、この発明の目的は、素子の信頼性を低下させることなく、簡単なプロセスで、窓構造を有し、しかも実屈折率導波型の半導体レーザを製造することができる半導体レーザの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の第１の発明による半導体レーザの製造方法は、
基板上に、第１導電型の第１のクラッド層、活性層および第２導電型の第２のクラッド層を含む、レーザ構造を形成する半導体層を成長させる工程と、
ストライプ部となる領域の周囲における半導体層をエッチングすることにより溝を形成し、この際、溝のうちの共振器長方向に延びる部分の深さは活性層に達しない深さとなり、溝のうちの共振器長方向と直交する方向に延びる部分の深さは活性層を超える深さとなるようにする工程と、
溝の内部に活性層よりもバンドギャップが大きい半導体層を成長させて埋め込む工程とを有する
ことを特徴とするものである。
【０００９】
この発明の第２の発明による半導体レーザの製造方法は、
基板上に、第１導電型の第１のクラッド層、活性層および第２導電型の第２のクラッド層を含む、レーザ構造を形成する半導体層を成長させる工程と、
半導体層上に、共振器長方向と直交する方向に延び、かつ、共振器長に対応した幅を有するストライプ形状の第１の絶縁膜を形成する工程と、
第１の絶縁膜をマスクとして半導体層を活性層に達しない深さまでエッチングする工程と、
第１の絶縁膜をパターニングすることにより、共振器長方向に延び、かつ、形成すべきストライプ部の幅に対応した幅を有するストライプ形状の第２の絶縁膜を形成する工程と、
第２の絶縁膜をマスクとして上記半導体層をエッチングすることにより溝を形成し、この際、溝のうちの共振器長方向に延びる部分の深さは活性層に達しない深さとなり、溝のうちの共振器長方向と直交する方向に延びる部分の深さは活性層を超える深さとなるようにする工程と、
第２の絶縁膜をマスクとして溝の内部に活性層よりもバンドギャップが大きい半導体層を成長させて埋め込む工程とを有する
ことを特徴とするものである。
【００１０】
この発明において、典型的には、溝のうちの共振器長方向に延びる部分の深さは第２のクラッド層の厚さ方向の途中の深さとなり、溝のうちの共振器長方向と直交する方向に延びる部分の深さは第１のクラッド層の厚さ方向の途中の深さとなるようにする。
【００１１】
この発明が適用される半導体レーザの具体例を挙げると、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザである。この場合、活性層よりもバンドギャップが大きい半導体層としては、例えばＡｌＧａＡｓ層、ＡｌＧａＩｎＰ層、ＺｎＳｅ層、ＧａＮ層などを用いることができる。選択成長のしやすさの点では、これらのうちＡｌＧａＡｓ層が優れている。
【００１２】
上述のように構成されたこの発明による半導体レーザの製造方法によれば、レーザ構造を形成する半導体層の成長と、活性層よりもバンドギャップが大きい半導体層の成長との２回の結晶成長で窓構造を有する半導体レーザを製造することができることにより、製造プロセスが簡単である。また、窓構造の形成に拡散プロセスが不要であるため、素子の信頼性の低下の問題が生じない。さらに、活性層よりもバンドギャップが大きい半導体層を電流狭窄層に用いることができるため、実屈折率導波型の半導体レーザを製造することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
【００１４】
図１〜図１５はこの発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法を示す。ここで、図１、図２、図４、図７、図９、図１１および図１４は共振器長方向の断面図、図５、図８、図１０、図１２および図１５は共振器長方向に垂直な断面図、図３および図６は平面図、図１３は斜視図である。
【００１５】
この第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法においては、まず、図１に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、例えば６００℃程度の成長温度で、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層３、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４、活性層５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層７およびｐ型ＧａＡｓキャップ層８を順次成長させる。ここで、活性層５は、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、例えばＧａＩｎＰ層を井戸層とし、ＡｌＧａＩｎＰ層を障壁層とする多重量子井戸（ＭＱＷ）構造、歪みＭＱＷ構造のいずれであってもよい。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１としては、例えば、（１００）面方位を有するものや、（１００）面から例えば５〜１５°オフした面を主面とするものが用いられる。ここで、各半導体層の厚さの例を挙げると、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２は０．３μｍ、ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層３は０．３μｍ、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４は１μｍ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６は１μｍ、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層７は０．１μｍ、ｐ型ＧａＡｓキャップ層８は０．３μｍである。
【００１６】
次に、図２に示すように、例えばＣＶＤ法により例えばＳｉＯ2 膜やＳｉＮx 膜のような絶縁膜９を形成した後、この絶縁膜９上に、リソグラフィーにより、共振器長方向と直交する方向に延び、かつ、共振器長に対応した所定幅のストライプ形状のレジストパターン（図示せず）を共振器長Ｌと等しいピッチで形成し、このレジストパターンをマスクとして絶縁膜９を例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法のようなドライエッチング法またはウエットエッチング法によりエッチングする。この後、レジストパターンを除去する。このようにして、共振器長方向と直交する方向に延び、かつ、共振器長Ｌよりも２ａ小さい幅を有するストライプ形状の絶縁膜９がピッチＬで形成される。このストライプ形状の絶縁膜９の平面形状を図３に示す。ここで、ａは、この絶縁膜９をマスクとして行われる次のエッチング時のパターン変換差に応じて決められる。
【００１７】
次に、図４に示すように、上述のようにして形成されたストライプ形状の絶縁膜９をマスクとして例えばウエットエッチング法によりｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６の厚さ方向の途中の深さまでエッチングする。
【００１８】
次に、ストライプ形状の絶縁膜９上に、リソグラフィーにより、共振器長方向に延び、かつ、最終的に形成すべきストライプ部の幅に対応した所定幅のレジストパターン（図示せず）を形成した後、このレジストパターンをマスクとして絶縁膜９を例えばＲＩＥ法のようなドライエッチング法またはウエットエッチング法によりエッチングする。この後、レジストパターンを除去する。このようにして、図５に示すように、共振器長方向に延び、かつ、最終的に形成すべきストライプ部の幅よりも２ｂ大きい幅を有するストライプ形状の絶縁膜９が、最終的に得られるレーザチップの幅と等しいピッチで形成される。このストライプ形状の絶縁膜９の平面形状を図６に示す。ここで、ｂは、この絶縁膜９をマスクとして行われる次のエッチング時のパターン変換差に応じて決められる。
【００１９】
次に、図７および図８に示すように、上述のようにして形成されたストライプ形状の絶縁膜９をマスクとして例えばウエットエッチング法によりエッチングすることにより、絶縁膜９の周囲に溝１０を形成する。このエッチングの際には、この溝１０のうち、絶縁膜９の長手方向、すなわち共振器長方向に延びる部分の深さはｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４に達する深さとなり（図７）、絶縁膜９の幅方向、すなわち共振器長方向と直交する方向に延びる部分の深さはｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６の厚さ方向の途中の深さとなるようにする（図８）。
【００２０】
次に、図９および図１０に示すように、絶縁膜９をマスクとして、例えばＭＯＣＶＤ法により、溝１０の内部に活性層５よりもバンドギャップが大きいｎ型ＡｌＧａＡｓ層１１を選択成長させて埋め込む。このｎ型ＡｌＧａＡｓ層１１は電流狭窄層および窓材料として用いられる。
【００２１】
次に、絶縁膜９をエッチング除去した後、図１１および図１２に示すように、ｐ型ＧａＡｓキャップ層８およびｎ型ＡｌＧａＡｓ層１１の全面に例えば真空蒸着法により例えばＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次形成してｐ側電極１２を形成するとともに、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面に同様にして例えばＡｕＧｅ膜およびＮｉ膜を順次形成してｎ側電極１３を形成する。
【００２２】
次に、上述のようにしてレーザ構造が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１をバー状に劈開して両共振器端面を形成し、さらにこれらの共振器端面に端面コーティング（図示せず）を施した後、このバーを劈開してチップ化する。図１３はこのようにして得られたレーザチップを示す。図１４および図１５はそれぞれこのレーザチップのＸＩＶ−ＸＩＶ線およびＸＶ−ＸＶ線に沿っての断面図である。この後、このようにして得られたレーザチップをパッケージングする。
【００２３】
このようにして製造されたＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは、電流狭窄層となるｎ型ＡｌＧａＡｓ層１１は活性層５よりもバンドギャップが大きいことから、実屈折率導波型となる。
【００２４】
以上のように、この第１の実施形態によれば、レーザ構造を形成するための半導体層の成長とｎ型ＡｌＧａＡｓ層１１の成長との２回の結晶成長で窓構造を有する実屈折率導波型のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを製造することができるので、Ｚｎ拡散により窓構造を形成する従来のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法に比べて製造プロセスが簡単であるとともに、Ｚｎ拡散に伴う信頼性の低下の問題がない。また、実屈折率導波型のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを製造することができることから、従来の損失導波型のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザに比べて駆動電流を少なくすることができ、したがって端面以外の部分での劣化を抑えることができる。
【００２５】
以上により、例えば３０〜５０ｍＷクラスの高出力でしかも高信頼性かつ長寿命のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを実現することができる。
【００２６】
図１６はこの発明の第２の実施形態による半導体レーザの製造方法を示す。
【００２７】
図１６に示すように、この第２の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法においては、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４の成長の途中でｎ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１４を成長させるとともに、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６の成長の途中でｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１５を成長させる。そして、図４に示す工程で絶縁膜９をマスクとして行われるエッチングの際にｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１５を用いるとともに、図７および図８に示す工程で絶縁膜９をマスクとして行われるエッチングの際にｎ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１４およびｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１５を用いる。その他のことは第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００２８】
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができるほか、絶縁膜９をマスクとして行われるエッチングの制御性が高くなることから製造がより容易になるという利点を有する。
【００２９】
次に、上述の第１または第２の実施形態により製造されるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを発光素子として用いた光ディスク再生装置について説明する。図１７にこの光ディスク再生装置の構成を示す。
【００３０】
図１７に示すように、この光ディスク再生装置は、発光素子として半導体レーザ１０１を備えている。この半導体レーザ１０１としては、上述の第１または第２の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが用いられる。この光ディスク再生装置はまた、半導体レーザ１０１の出射光を光ディスクＤに導くとともに、この光ディスクＤによる反射光（信号光）を再生するための公知の光学系、すなわち、コリメートレンズ１０２、ビームスプリッタ１０３、１／４波長板１０４、対物レンズ１０５、検出レンズ１０６、信号光検出用受光素子１０７および信号光再生回路１０８を備えている。
【００３１】
この光ディスク再生装置においては、半導体レーザ１０１の出射光Ｌはコリメートレンズ１０２によって平行光にされ、さらにビームスプリッタ１０３を経て１／４波長板１０４により偏光の具合が調整された後、対物レンズ１０５により集光されて光ディスクＤに入射される。そして、この光ディスクＤで反射された信号光Ｌ´が対物レンズ１０５および１／４波長板１０４を経てビームスプリッタ１０３で反射された後、検出レンズ１０６を経て信号光検出用受光素子１０７に入射し、ここで電気信号に変換された後、信号光再生回路１０８において、光ディスクＤに書き込まれた情報が再生される。
【００３２】
なお、ここでは、上述の第１または第２の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを光ディスク再生装置の発光素子に適用した場合について説明したが、光ディスク記録再生装置や光ディスク記録装置の発光素子に適用することも可能であることは勿論、光通信装置などの光装置の発光素子や、高温で動作させる必要のある車載用機器などの発光素子に適用することも可能である。
【００３３】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００３４】
例えば、上述の第１および第２の実施形態において挙げた数値、構造、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、構造、プロセスなどを用いてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明による半導体レーザの製造方法によれば、素子の信頼性を低下させることなく、簡単なプロセスで、窓構造を有し、しかも実屈折率導波型の半導体レーザを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法を説明するための共振器長方向の断面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法を説明するための共振器長方向の断面図である。
【図３】この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法を説明するための平面図である。
【図４】この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法を説明するための共振器長方向の断面図である。
【図５】この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法を説明するための共振器長方向に垂直な断面図である。
【図６】この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法を説明するための平面図である。
【図７】この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法を説明するための共振器長方向の断面図である。
【図８】この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法を説明するための共振器長方向に垂直な断面図である。
【図９】この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法を説明するための共振器長方向の断面図である。
【図１０】この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法を説明するための共振器長方向に垂直な断面図である。
【図１１】この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法を説明するための共振器長方向の断面図である。
【図１２】この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法を説明するための共振器長方向に垂直な断面図である。
【図１３】この発明の第１の実施形態により製造されたＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを示す斜視図である。
【図１４】図１３に示すＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザのＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿っての断面図である。
【図１５】図１３に示すＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザのＸＶ−ＸＶ線に沿っての断面図である。
【図１６】この発明の第２の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法を説明するための共振器長方向の断面図である。
【図１７】この発明の第１または第２の実施形態により製造されたＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを発光素子として用いた光ディスク再生装置を示す略線図である。
【符号の説明】
１・・・ｎ型ＧａＡｓ基板、４・・・ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、５・・・活性層、６・・・ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、７・・・ｐ型ＧａＩｎＰ中間層、８・・・ｐ型ＧａＡｓキャップ層、９・・・絶縁膜、１０・・・溝、１１・・・ｎ型ＡｌＧａＡｓ層、１２・・・ｐ側電極、１３・・・ｎ側電極、１４・・・ｎ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層、１５・・・ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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