(57)【要約】【課題】性層の成長にＭＢＥ装置を用いるハイブリッド方式において、製品のスループットの向上が図られる半導体レーザ素子の製造方法を提供する。【解決手段】この半導体レーザ素子１の製造方法では、水素プラズマクリーニングと活性層１４の成長とを別々の真空装置で分離して実行することにより、クリーニング終了時の成長室３３内の水素残留濃度を考慮する必要が無くなり、成長室３３への基板搬送後に速やかに窒素プラズマ発生用のＲＦガン４４の窒素プラズマを点火して活性層１４の再成長を行うことが可能となる。したがって、この半導体レーザ素子の製造方法では、従来のように同一の真空装置内で水素プラズマクリーニングと活性層の成長とを連続して行う場合と比較して、製品のスループットの向上が図られる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＯＣＶＤ装置又はＭＢＥ装置を用いることにより、基板上に下部クラッド層を含む半導体層を成長させる第１の工程と、
ＭＢＥ装置を用いることにより、前記半導体層が形成された前記基板上に活性層を成長させる第２の工程と、を含む半導体レーザ素子の製造方法であって、
前記第２の工程の実行にあたって、
前記ＭＢＥ装置と真空搬送系で連結された真空装置に前記基板を導入して水素プラズマクリーニングを行うクリーニング工程と、
前記真空搬送系を介し、クリーニング後の前記基板を前記真空装置から前記ＭＢＥ装置に搬送する搬送工程とを備えた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】
前記活性層は、ＧａＩｎＮＡｓ又はＧａＩｎＮＡｓＳｂを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３】
前記第２の工程において、前記活性層の成長に窒素プラズマを用いることを特徴とする請求項１又は２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、半導体レーザ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＩｎＮＡｓなどからなる活性層を含んで構成される半導体レーザ素子は、長波長光通信用の光源として用いられている。かかる半導体レーザ素子の製造にあたっては、例えば特許文献１に記載の面発光レーザ素子の製造方法のように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法と分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法とを組み合わせたハイブリッド方式を採用したものがある。
【０００３】
このハイブリッド方式では、例えばＭＯＣＶＤ装置を用いてｎ型クラッド層までの半導体層を十分な速度で成長させ、その後、ＭＢＥ装置を用いてガイド層・バリア層を含む活性層を成長させる。そして、活性層を成長させた後、再びＭＯＣＶＤ装置を用いてｐ型クラッド層以降の半導体層を成長させる。
【０００４】
このような製造方法によれば、ＭＯＣＶＤ装置でクラッド層等の半導体層を迅速に形成して製品のスループットを向上させつつ、ＭＢＥ装置で活性層を形成することで活性層中の水素濃度を低減し、信頼性の高い半導体レーザ素子の製造が可能となる。
【特許文献１】特開２００４−２０７５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したハイブリッド方式のように、活性層の成長にＭＢＥ装置を用いる手法では、ＭＢＥ装置にエピタキシャル基板を移送する際、エピタキシャル基板が大気に曝されるため、表面の酸化や不純物の付着が問題となる。そこで、ＭＢＥ装置内で半導体層を再成長させる前に、例えば水素プラズマ等による基板表面のクリーニングを行うのが通常となっている。
【０００６】
水素プラズマクリーニングは、ＭＢＥ装置に装備されたＲＦガンから活性化された水素ラジカルを照射することにより、基板表面の酸化物や不純物を還元して除去するものである。しかしながら、このクリーニング方法を従来の手順で行うと、クリーニング終了時にＭＢＥ装置内の水素残留濃度が高い状態となるため、半導体層の再成長に用いるＲＦガンにおいて窒素プラズマの点火が阻害されることがあった。そのため、ＭＢＥ装置内の水素濃度が十分に低下するまでの待ち時間が製品のスループットを低下させる一因となっていた。
【０００７】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、活性層の成長にＭＢＥ装置を用いるハイブリッド方式において、製品のスループットの向上が図られ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】
上記課題の解決のため、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、ＭＯＣＶＤ装置又はＭＢＥ装置を用いることにより、基板上に下部クラッド層を含む半導体層を成長させる第１の工程と、ＭＢＥ装置を用いることにより、半導体層が形成された基板上に活性層を成長させる第２の工程と、を含む半導体レーザ素子の製造方法であって、第２の工程の実行にあたって、ＭＢＥ装置と真空搬送系で連結された真空装置に基板を導入して水素プラズマクリーニングを行うクリーニング工程と、真空搬送系を介し、クリーニング後の基板を真空装置からＭＢＥ装置に搬送する搬送工程とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
この半導体レーザ素子の製造方法では、活性層の成長を行うＭＢＥ装置とは別の真空装置で基板の水素プラズマクリーニングを行い、クリーニング終了後に、真空搬送系を介して基板をＭＢＥ装置に搬送する。このように、クリーニングと活性層の成長とを別々の真空装置で分離して実行することにより、クリーニング終了時のＭＢＥ装置内の水素残留濃度を考慮する必要が無くなり、基板搬送後に速やかにＲＦガンを点火して活性層の再成長を行うことが可能となる。したがって、この半導体レーザ素子の製造方法では、製品のスループットの向上が図られる。
【００１０】
また、活性層は、ＧａＩｎＮＡｓ又はＧａＩｎＮＡｓＳｂを含むことが好ましい。この場合、良好な半導体レーザ素子の特性が得られる。
【００１１】
また、第２の工程において、活性層の成長に窒素プラズマを用いることが好ましい。クリーニング終了時のＭＢＥ装置内の水素残留濃度を考慮する必要が無いので、基板搬送後に速やかにＲＦガンの窒素プラズマを点火して活性層の再成長を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、活性層の成長にＭＢＥ装置を用いるハイブリッド方式において、製品のスループットの向上が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を用いて製造される半導体レーザ素子の層構成例を示す図である。同図に示すように、半導体レーザ素子１は、例えば長距離光通信システムの光源として用いられる素子であり、ｎ−ＧａＡｓ基板１１と、ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１２と、ＧａＡｓ下部ガイド層１３と、活性層１４と、ＧａＡｓ上部ガイド層１７と、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１８と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１９と、ｐ型電極層２０と、ｎ型電極層２１と、によって構成されている。
【００１５】
活性層１４は、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層１５及びＧａＡｓバリア層１６が交互に積層された多重量子井戸構造を有している。ＧａＩｎＮＡｓ井戸層１５及びＧａＡｓバリア層１６は、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法によって形成される。活性層１４には、ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１２及びｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１８からキャリアが注入され、このキャリアが再結合することによって光が発生する。ＧａＩｎＮＡｓ井戸層１５及びＧａＡｓバリア層１６の形成にＭＢＥ法を用いることで、結晶中の水素濃度を低減できるので、半導体レーザ素子１の信頼性の向上が図られている。
【００１６】
ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１２と、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１８と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１９とは、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によって形成されている。ＧａＡｓ下部ガイド層１３は、ｎ−ＧａＡｓ基板１１側の部分がＭＯＣＶＤ法によって形成され、活性層１４側の部分がＭＢＥ法による再成長によって形成されている。また、ＧａＡｓ上部ガイド層１７は、活性層１４側の部分がＭＢＥ法によって形成され、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１８側の部分がＭＯＣＶＤ法による再成長によって形成されている。
【００１７】
ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１２、ＧａＡｓ下部ガイド層１３、ＧａＡｓ上部ガイド層１７、及びｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１８の屈折率は、活性層１４よりも小さくなっており、活性層１４で発生した光を閉じ込める層として機能する。これらの層１２，１３，１７，１８の形成に十分な成長速度が見込めるＭＯＣＶＤ法を用いることにより、製品のスループット向上が図られている。
【００１８】
続いて、上述した半導体レーザ素子１の製造方法について説明する。
【００１９】
図２は、図１に示した半導体レーザ素子１の製造工程を示すフローチャートである。半導体レーザ素子１の製造にあたっては、まず、ｎ−ＧａＡｓ基板１１を用意する。そして、ｎ−ＧａＡｓ基板１１をＭＯＣＶＤ装置（不図示）に導入し、ｎ−ＧａＡｓ基板１１の一面側に、ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１２と、ＧａＡｓ下部ガイド層１３とをそれぞれ成長させる（ステップＳ０１）。なお、ＭＯＣＶＤ装置は、公知の装置を用いることができるので、詳細な説明を省略する。
【００２０】
次に、ステップＳ０１でＧａＡｓ下部ガイド層１３まで成長させたエピタキシャル基板ＰをＭＢＥ装置３１に導入する。ここで、図３に、ＭＢＥ装置３１の構成の一例を示す。同図に示すように、ＭＢＥ装置３１は、エピタキシャル基板Ｐの導入口となる導入室３２と、成膜を行う成長室３３とを備えている。また、成長室３３には、基板表面のクリーニングを実行するクリーニング室３４が連結されている。成長室３３とクリーニング室３４とは、真空搬送系３５によって互いに連結され、導入室３２は、真空搬送系３５の中間部分に連結されている。
【００２１】
成長室３３内には、成膜材料を供給するＧａセル４１、Ｉｎセル４２、及びＡｓセル４３と、窒素プラズマ発生用のＲＦガン４４とが設けられている。また、クリーニング室３４内には、水素プラズマ発生用のＲＦガン４５が設けられている。また、成長室３３及びクリーニング室３４内には、マニピュレータ４６と、マニピュレータ４６に保持されたＭｏ製の基板ホルダ４７とがそれぞれ設けられており、真空搬送系３５を介して搬送されるエピタキシャル基板Ｐを保持可能となっている。
【００２２】
まず、エピタキシャル基板Ｐを導入室３２内に導入し、真空引きを行った後、真空搬送系３５を介してクリーニング室３４に搬送する（ステップＳ０２）。次に、マニピュレータ４６により、基板ホルダ４に保持されたエピタキシャル基板Ｐを約７００℃まで昇温させる。また、水素プラズマ発生用のＲＦガン４５に水素を約１．０ｓｃｃｍ流し、ＲＦパワーを約４５０Ｗに上げてプラズマを点火させる。その後、シャッタを開放してエピタキシャル基板Ｐに水素プラズマを照射し、３０分程度のクリーニングを実行する（ステップＳ０３）。
【００２３】
この水素プラズマクリーニングにより、ＭＯＣＶＤ装置からＭＢＥ装置への搬送の際にエピタキシャル基板の表面に生じた酸化物や不純物が還元・除去される。クリーニング終了後、クリーニング室３４からエピタキシャル基板Ｐを取り出し、真空搬送系３５を介して成長室３３に搬送する（ステップＳ０４）。
【００２４】
エピタキシャル基板Ｐを成長室３３に搬送した後、Ｇａセル４１を約９００℃、Ｉｎセル４２を約７５０℃に昇温する。また、Ａｓセル４３は、ソース温度を約３５０℃に維持しておく。次に、マニピュレータ４６により、基板ホルダ４に保持されたエピタキシャル基板Ｐを約６３０℃まで昇温させる。エピタキシャル基板Ｐの温度が約６３０℃に到達した後、同温度を一定時間維持し、エピタキシャル基板Ｐのサーマルクリーニングを行う（ステップＳ０５）。これにより、エピタキシャル基板Ｐの表面酸化物が分解・除去される。
【００２５】
サーマルクリーニングの進行過程は、ＲＨＥＥＤ装置（不図示）でモニタリングし、電子線回折パターンがストリーク状になった時点でサーマルクリーニングを終了する。なお、このサーマルクリーニングの実行中に、窒素プラズマ発生用のＲＦガン４４に窒素を約０．０５ｓｃｃｍ流し、ＲＦパワーを約１７５Ｗに上げてプラズマを点火させておくことが好ましい。
【００２６】
サーマルクリーニングの後、予め昇温させておいたＧａセル４１及びＡｓセル４３を開放し、ＧａＡｓ下部ガイド層１３の再成長を開始させる。ＧａＡｓ下部ガイド層１３を約２０ｎｍ成長させた後、Ｇａセル４１及びＡｓセル４３を一旦閉じて成長を中断し、エピタキシャル基板Ｐの温度を約４００℃に降温する。
【００２７】
エピタキシャル基板Ｐの温度が安定化した後、活性層１４の成長を行う（ステップＳ０６）。活性層１４の成長にあたっては、まず、Ｇａセル４１、Ｉｎセル４２、及びＡｓセル４３を開放すると共に、窒素プラズマ発生用のＲＦガン４４を作動させ、ＧａＡｓ下部ガイド層１３の表面にＧａＩｎＮＡｓ井戸層１５を約６ｎｍ成長させる。ＧａＩｎＮＡｓ井戸層１５の成長後、Ｇａセル４１、Ｉｎセル４２、及びＡｓセル４３を閉じると共に、窒素プラズマ発生用のＲＦガン４４を停止させ、エピタキシャル基板Ｐの温度を約５５０℃に昇温する。
【００２８】
エピタキシャル基板Ｐの温度が安定化した後、Ｇａセル４１及びＡｓセル４３を開放し、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層１５の表面にＧａＡｓバリア層１６を約１０ｎｍ成長させる。以下、これらの工程を複数回繰り返すことにより、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層１５とＧａＡｓバリア層１６とを交互に成長させ、活性層１４を形成する。活性層１４の形成の後、ＧａＡｓ上部ガイド層１７を約２０ｎｍ成長させる。
【００２９】
次に、ＧａＡｓ上部ガイド層１７まで成長させたエピタキシャル基板ＰをＭＢＥ装置３１から取り出し、再び公知のＭＯＣＶＤ装置に導入する。そして、ＧａＡｓ上部ガイド層１７を所定の厚さで再成長させ、更に、ＧａＡｓ上部ガイド層１７の表面に、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１８と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１９とをそれぞれ成長させる（ステップＳ０７）。この後、ＭＯＣＶＤ装置から取り出したエピタキシャル基板Ｐにｐ型電極層２０及びｎ型電極層２１を形成すると、図１に示した半導体レーザ素子１が完成する。
【００３０】
以上説明したように、この半導体レーザ素子１の製造方法では、ＭＯＣＶＤ装置からＭＢＥ装置３１にエピタキシャル基板Ｐを導入するにあたり、ＭＢＥ装置３１の成長室３３と真空搬送系３５で連結されたクリーニング室３４にエピタキシャル基板Ｐを搬送して水素プラズマクリーニングを行い、クリーニング終了後に、真空搬送系３５を介して基板を成長室３３に搬送している。
【００３１】
このように、クリーニングと活性層１４の成長とを別々の真空装置で分離して実行することにより、クリーニング終了時の成長室３３内の水素残留濃度を考慮する必要が無くなり、成長室３３への基板搬送後に速やかに窒素プラズマ発生用のＲＦガン４４の窒素プラズマを点火して活性層１４の再成長を行うことが可能となる。したがって、この半導体レーザ素子の製造方法では、従来のように同一の真空装置内で水素プラズマクリーニングと活性層の成長とを連続して行う場合と比較して、製品のスループットの向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を用いて製造される半導体レーザ素子の層構成例を示す図である。
【図２】図１に示した半導体レーザ素子１の製造工程を示すフローチャートである。
【図３】ＭＢＥ装置の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…半導体レーザ素子、１１…ｎ−ＧａＡｓ基板、１２…ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層、１４…活性層、３１…ＭＢＥ装置、３３…成長室、３４…クリーニング室、３５…真空搬送系、Ｐ…エピタキシャル基板。
【図１】
2009295692.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009295692.tif 000005