(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ構造層上にリッジストライプを有するリッジ型半導体レーザの製造方法であって、
レーザ構造層上にリッジストライプ材料のクラッド層及び必要なコンタクト層を順に積層したレーザ基板を形成する工程と、
両側平坦部とこれらから突出し平坦上面部を有するリッジストライプとを形成すべく、リッジストライプパターンのストライプ電極を前記クラッド層及び必要なコンタクト層上に形成する工程と、
前記ストライプ電極で覆われたクラッド層以外のクラッド層部分を食刻してリッジストライプ及び両側平坦部を形成する工程と、
レーザ構造層の屈折率より低い屈折率を有するＡｌＮを主成分とする多結晶絶縁材料を前記両側平坦部上に堆積して前記リッジストライプを挟む埋め込み層を形成する埋め込み層形成工程と、
前記ストライプ電極上の層を除去し前記ストライプ電極を露出せしめ平坦上面部を形成する工程と、
前記平坦上面部上に電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体レーザ製造方法。
【請求項２】
前記レーザ構造層が（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）を主成分とする多層であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ製造方法。
【請求項３】
前記埋め込み層形成工程はスパッタ工程を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザは、光ディスクから信号を読み出し／書込む光学式情報記録再生装置における光ピックアップ装置の光源に用いられる他に、光ＣＡＴＶなどの光通信システムや、高密度情報記録ＳＨＧ短波長レーザ、又は小型固体レーザのポンプ光源や、光計測分野などに応用され得る素子として知られている。小電流で動作し横方向単一モード発振を行うためには半導体中の電子及び正孔並びに発振光を小さい領域に閉じこめる必要がある。pn接合垂直方向ではダブルヘテロ構造などで閉じこめている。接合に平行な方向に関して、レーザの発光領域を制限する方法として利得導波構造があるが、これは一般に波面がゆがみ、非点収差が出てしまうため、ディスク読取り用光源の用途などでは、屈折率導波構造の半導体レーザが使われる。屈折率導波構造は、接合垂直方向だけでなく、リッジストライプを形成するなどして接合平行方向でも屈折率の低いクラッド材料で発光領域を挟む構造である。
【０００３】
電流注入領域の部分以外のクラッド層の一部をエッチングなどで除去し、リッジストライプを形成するとリッジ下部のガイド層を伝搬する光に対する実効屈折率が、それ以外の部分より、若干大きくなるため、リッジ下部部分に光が閉じ込められる。リッジ型半導体レーザでは、リッジ上部に電極を設け、電極及び基板間に電流を注入して発振させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、半導体レーザを連続発振で使用する場合に問題になるのが、熱の発生である。そこで放熱を良くするため、リッジ上部の電極をヒートシンクに接触させる、いわゆるジャンクションダウンのマウントが行なわれる。この載置方法を行なおうとすると、突出しているリッジ部分の幅がわずか数μｍのため、ヒートシンクとの当接にて素子が破壊されてしまう問題がある。
【０００５】
そこで、レーザのリッジストライプ部分が作られている側を平坦化する必要が生ずる。リッジストライプ部分とほぼ同じ高さまで埋め込み層を形成して平坦化することが考えられている。しかし、ＳｉＯ2などではリッジ部の側壁に沿って薄く形成しなければならず平坦化が困難で、埋め込み材料の選択が難しいものであった。
【０００６】
そこで、本発明では、ジャンクションダウンマウントに耐え得るレーザ構造層上にリッジストライプを有するリッジ型半導体レーザ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザ構造層上にリッジストライプを有するリッジ型半導体レーザの製造方法であって、
レーザ構造層上にリッジストライプ材料のクラッド層及び必要なコンタクト層を順に積層したレーザ基板を形成する工程と、
両側平坦部とこれらから突出し平坦上面部を有するリッジストライプとを形成すべく、リッジストライプパターンのストライプ電極を前記クラッド層及び必要なコンタクト層上に形成する工程と、
前記ストライプ電極で覆われたクラッド層以外のクラッド層部分を食刻してリッジストライプ及び両側平坦部を形成する工程と、
レーザ構造層の屈折率より低い屈折率を有するＡｌＮを主成分とする多結晶絶縁材料を前記両側平坦部上に堆積して前記リッジストライプを挟む埋め込み層を形成する工程と、
前記ストライプ電極上の層を除去し前記ストライプ電極を露出せしめ平坦上面部を形成する工程と、
前記平坦上面部上に電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の半導体レーザの製造方法においては、前記レーザ構造層が（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）を主成分とする多層であることを特徴とする。
本発明の半導体レーザの製造方法においては、前記埋め込み層形成工程はスパッタ工程を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体レーザは、レーザ構造層上に、両側平坦部と、これらから突出し電極が形成される平坦上面部を有するリッジストライプと、を有するリッジ型半導体レーザあって、
レーザ構造層の屈折率より低い屈折率を有するＡｌＮを主成分とする多結晶絶縁材料を前記両側平坦部上に堆積して前記リッジストライプを挟む埋め込み層を有することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
まず、リッジストライプを有するリッジ型半導体レーザにおける、ｎ型の半導体層でのリッジストライプ埋め込み方法を説明する。
図１にリッジ型半導体レーザを示す。このリッジ型半導体レーザは、ｎ型ＡｌＧａＮのクラッド層３、ｎ型ＧａＮのガイド層４、ＩｎＧａＮの活性層５、ｐ型ＧａＮのガイド層６及びｐ型ＡｌＧａＮのクラッド層７からなるレーザ構造を有している。レーザ構造層は（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）を主成分とする多層である。このレーザ構造層はｎ型ＧａＮの電流経路層２が形成されたサファイア基板１上に形成され、光を閉じこめるために、ｐ型ＡｌＧａＮのクラッド層７がエッチングされた両側平坦部１４とこれらから突出するリッジストライプ１５とがレーザ構造層上に形成されている。また、リッジストライプ１５の平坦上面部にはｐ型ＧａＮのコンタクト層８及びストライプ状の第２電極４０が形成され、さらにその上にｐ側電極３０が形成されている。
【００１１】
このリッジ型半導体レーザは、レーザ構造層の屈折率より低い屈折率を有するＡｌＮを主成分とする多結晶絶縁材料を両側平坦部１４上に堆積したリッジストライプ１５を挟む埋め込み層２１を有している。
本実施例では、この埋め込み層のＡｌＮを主成分とする多結晶絶縁材料はＡｌＮであるが、半導体レーザに用いられる通常の従来材料系のIII−V族の場合、上記の埋め込み層２１用の絶縁材料として、レーザそのものと同様な結晶材料系のバンドギャップの大きい組成のものを用いていた。バンドギャップ値の大きい組成は屈折率が小さくなるので、これにより実効屈折率ステップも生じて、光閉じ込めも行なえた。
【００１２】
また、従来材料系の場合、埋め込み層２１と、レーザ構造との間で完全な格子整合を得ることができたので、連続した結晶欠陥のないエピタキシャル再成長が可能であった。
従来の窒化物半導体レーザの場合、埋め込み層２１に用いるべき材料組成はＡｌxＧａ1-xＮで、この比率ｘはレーザ構造を成すクラッド層のＡｌyＧａ1-yＮの比率ｙに対し、ｘ＞ｙでない限り、望ましい光の閉じ込めが得られない。一般に、ＡｌzＧａ1-zＮの場合、ＡｌＧａＡｓ系とは異なり、比率ｚの増加と共に格子定数が小さくなる。従って、埋め込み層２１には強い引っ張り応力が発生してしまう。この結果、埋め込み層２１の再成長時にクラックが発生してしまい、クラックはリッジストライプ１５にも伝搬してしまうことになる。クラックが発生するのは、格子同士がつながって成長するエピタキシャル成長で形成させるからである。
【００１３】
従来の埋め込み層２１を例えばＳｉＯ2（ガラス質）などで形成すれば良いことになるが、この場合、３つの問題がある。第１に、ＳｉＯ2は熱伝導が極めて悪い（０．０１４  W/cmK）ので、半導体レーザの放熱を阻害する。第２に、ＳｉＯ2の熱膨張係数が極めて小さい（５×１０-7  deg-1）ので、半導体レーザ素子自体に歪を与える。ＧａＮの膨張係数は５．６×１０-6  deg-1であるからである。よって、ＳｉＯ2膜厚を厚くできず平坦化が困難である。第３に、ＳｉＯ2の屈折率が小さすぎる（１．４６程度）ので、屈折率差が大きすぎて、高次（横高次）モード発振になり易い。
【００１４】
そこで、本発明の半導体レーザでは、多結晶のＡｌＮなどのＡｌＮを主成分とする多結晶絶縁材料でこの埋め込みを行なおうとするものである。
埋め込み層２１が多結晶なので、レーザ構造であるＡｌＧａＮ部分との間で格子定数の差によるクラックが発生しない。
埋め込み層材料の物性値を表１に示す。
【００１５】
【表１】
0003781246.tif 000002
また、ＡｌＮは、通常、絶縁体であるので、埋め込み層２１はまったく電流を通さない。したがって、従来のようにｎ型半導体で埋め込んだ場合に生ずる寄生容量の問題も生じにくい。
【００１６】
以上、埋め込み層２１にＡｌＮを用いた本発明の利点は、熱伝導率が良いので、放熱に有利であり、ＧａＮより低屈折率かつＳｉＯ2より高屈折率で適度である。また、熱膨張係数がレーザ構造のＧａＮにかなり近く、熱による歪みの発生が抑制される。ＡｌＮはほぼ完全な絶縁体なので、電流のもれが全くなく、余分なpn接合に基づく寄生容量発生がない。さらに、本発明の利点は、埋め込み層２１をスパッタ方法などで多結晶状に形成するため、格子不整合に起因するクラックの発生がない。埋め込み工程に際し、ＣＶＤ炉のようなランニングコストの高い装置が不要である。
【００１７】
以下に、本発明によるサファイア基板上へＧａＮ系の半導体レーザを作製する方法の実施例を図２から図１０に基づいて説明する。
まず、図２に示すように、サファイア基板１のウエハを用意し、有機溶媒などで表面を清浄し、その上に、所定のエピタキシャル成長方法、有機金属気相成長法、分子線成長法などで、ｎ型ＧａＮの電流経路層２、ｎ型ＡｌＧａＮのクラッド層３、ｎ型ＧａＮのガイド層４、ＩｎＧａＮの活性層５、ｐ型ＧａＮのガイド層６、ｐ型ＡｌＧａＮのクラッド層７、及びｐ型ＧａＮのコンタクト層８を、この順で成膜し、レーザ基板ウエハを作製する。また、ガイド層６、クラッド層７及びコンタクト層８の成長ではｐ型とすべくＭｇのドープを行っている。なお、サファイア基板１及びｎ型ＧａＮの電流経路層２の間にＡｌＮバッファ層（図示せず）を設けてもよい。
【００１８】
次に、Ｍｇドープした膜はそのままでは絶縁性なので、基板ウエハを、Ｎ2ガス中で熱処理して、ガイド層６、クラッド層７及びコンタクト層８をｐ型化する。
次に、ウェハのコンタクト層８全面に抵抗加熱蒸着でＮｉを被着させる。
次に、図３に示すように、フォトレジストとウェットエッチングによる通常のプロセスを用いて、Ｎｉ膜９をパターニングする。
【００１９】
次に、図４に示すように、Ｎｉ膜９をマスクとして、Ｃｌ2ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりドライエッチングを行なって、ｎ型ＡｌＧａＮのクラッド層３まで除去してｎ型ＧａＮの電流経路層２を露出させる。
次に、フォトレジスト膜を塗布して、ウェットエッチングにより、図５に示すように、リッジストライプ及びｐ側電極部並びにｎ側電極部となるべき部分の形成用のフォトレジスト１７ａ、１７ｂのパターンを作る。特に、フォトレジスト１７ａはＮｉ膜９を所定幅を残して、Ｎｉ膜のストライプ状の第２電極４０を形成するために用いられる。
【００２０】
次に、図６に示すように、フォトレジスト１７ａ及びＮｉの第２電極４０をマスクとしてＣｌ2ガスを用いたＲＩＥのドライエッチングにより、ｐ型ＧａＮのコンタクト層８及びｐ型ＡｌＧａＮのクラッド層７の一部を食刻して、リッジ部のストライプ１５を形成する。この時、ｐ型ＡｌＧａＮのクラッド層７の途中でエッチングを停止する。
【００２１】
次に、図７に示すように、反応性スパッタリング装置により、Ａｌターゲット並びにＮ2ガス及びＡｒガスを用いて、多結晶ＡｌＮ膜を、第２電極４０の上面のレベルまで堆積させ、つまり埋め込み層２１とリッジストライプ１５の第２電極４０とが同じ高さになるように形成する。
次に、図８に示すように、フォトレジスト１７ａ、１７ｂを除去液で除去し、これにより、各レジストパターン上にあったＡｌＮ膜をリフトオフで除去し、Ｎｉの第２電極４０及びｎ型ＧａＮの電流経路層２の一部を露出させる。
【００２２】
次に、図９に示すように、露出したＮｉ第２電極４０上にはｐ側電極３０のためにＣｒ、Ａｕの順で、ｎ側電極３１のためには、Ｔｉ、Ａｕの順に電極材をｎ型ＧａＮの電流経路層２上に真空蒸着して、それぞれ電極形成する。その後、所定工程により、半導体レーザが完成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体レーザの概略斜視図である。
【図２】本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略断面図である。
【図３】本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略断面図である。
【図４】本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略断面図である。
【図５】本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略断面図である。
【図６】本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略断面図である。
【図７】本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略断面図である。
【図８】本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略断面図である。
【図９】本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板の概略断面図である。
【主要部分の符号の説明】
１  サファイア基板
２  ｎ型ＧａＮの電流経路層
３  ｎ型ＡｌＧａＮのクラッド層
４  ｎ型ＧａＮのガイド層
５  ＩｎＧａＮの活性層
６  ｐ型ＧａＮのガイド層
７  ｐ型ＡｌＧａＮのクラッド層
８  ｐ型ＧａＮのコンタクト層
１４  両側平坦部
１５  リッジストライプ
１５ａ  平坦上面部
１７ａ、１７ｂ  レジスト層
２１  埋め込み層
３０、３１  Ｐ側電極
４０  第２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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【図９】
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