JP4089446B2 - 半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ素子の製造方法に関し、更に詳細には、動作電圧が低く、素子抵抗の小さいＡｌＧａＡｓ系材料のリッジストライプ型半導体レーザ素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＡｌＧａＡｓ系材料を用いた赤外波長帯の半導体レーザ素子は、光ディスクの読み取り装置、書き換え装置、イニシャライザー等の光源として利用されている。特に、Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４等の結晶の吸収帯が８０８ｎｍ付近にあるので、Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４等の固体レーザの励起用光源として、横多モードレーザ光を発振するブロードストライプ型の赤外高出力半導体レーザが期待されている。また、赤外波長帯の高出力半導体レーザを利用した溶接等の加工機も使われ始めている。
これらの分野で使用される高出力半導体レーザ素子では、特に、高い光閉じこめ効率と低閾値電流の実現が求められている。
【０００３】
ここで、図１０を参照して、埋め込みリッジ型の構造を有する従来のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子の構成を説明する。図１０は埋め込みリッジ型の構造を有する従来のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子の断面図である。
従来の埋め込みリッジ型のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子２００は、図１０に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２０２、ｎ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層２０３、活性層部２０４、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層２０５、エッチングストップ層２０６、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層２０７、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０８を順次エピタキシャル成長させたダブルへテロ構造の積層構造を備えている。
ｐ−第２クラッド層２０７及びｐ−コンタクト層２０８が、リッジとして形成され、電流注入領域２２０を構成している。電流注入領域２２０を構成するリッジの両脇は、例えばｎ−ＧａＡｓ電流阻止層２１１で埋め込まれ、電流非注入領域２２１を形成している。
また、ｐ−コンタクト層２０８及びｎ−ＧａＡｓ電流阻止層２１１上にはｐ側電極２１２が、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１の裏面にはｎ側電極２１３が設けられている。
【０００４】
上述の半導体レーザ素子２００は、リッジストライプ型の電流注入領域２２０の両側が電流注入領域２２０と逆型の半導体材料で埋め込まれていることにより、電流狭窄と屈折率導波を同時に可能としている。
従って、上述の半導体レーザ素子２００は、注入キャリアとレーザ光の双方をストライプ領域に有効に閉じ込めることが出来る構造を備えていると言える。
【０００５】
次に、図１１から図１３を参照して、上述の従来の半導体レーザ素子２００の製造方法を説明する。図１１（ａ）と（ｂ）、図１２（ｃ）と（ｄ）、及び図１３（ｅ）と（ｆ）は、それぞれ、従来の半導体レーザ素子２００を製造する際の各工程の層構造を示す断面図である。
先ず、図１１（ａ）に示すように、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）法やＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等の有機金属気相成長法により、第１のエピタキシャル成長工程で、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２０２、ｎ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層２０３、活性層部２０４、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層２０５、エッチングストップ層２０６、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層２０７、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０８を順次エピタキシャル成長させ、ダブルへテロ構造を有する積層体２１０を形成する。
エピタキシャル成長に際しては、ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｓｅ等を、ｐ型ドーパントとしてＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ等を使用する。
【０００６】
次に、図１１（ｂ）に示すように、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によりＳｉＯ２膜２１４を上述の積層体２１０の上面、つまりｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０８上に成膜し、更にＳｉＯ２膜２１４の上面に写真触刻によりストライプ状のレジストマスク２１５を形成する。
【０００７】
次に、レジストマスク２１５を用いてＳｉＯ２膜２１４をパターニングし、続いてレジストマスク２１５を除去して、図１２（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２マスク２１４をｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０８上に形成する。
【０００８】
次いで、図１２（ｄ）に示すように、ＳｉＯ２マスク２１４上からウエットエッチング技術によりｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０８、及びｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２のクラッド層２０７をエッチングして、リッジを形成する。
エッチングを行う際には、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０８及びｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２のクラッド層２０７を完全に除去し、エッチングストップ層２０６でエッチングを停止できるエッチング選択性を持ったエッチャントを用いてエッチングを行う。これにより、エッチングストップ層２０６に対してｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２のクラッド層２０７を選択的に除去できる。
【０００９】
次に、図１３（ｅ）に示すように、第２のエピタキシャル成長工程に移行し、リッジの両側にｎ−ＧａＡｓ電流阻止層２１１を選択成長させる。このとき、リッジ部上面にはＳｉＯ２マスク２１４が存在するので、リッジ上にはｎ−ＧａＡｓ電流阻止層は成長しない。
次いで、図１３（ｆ）に示すように、ＳｉＯ２マスク２１４を除去し、続いてｐ−コンタクト層２０８及びｎ−ＧａＡｓ電流阻止層２１１上にｐ側電極２１２を、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１の裏面にｎ側電極２１３を形成する。
以上の工程を経て、上述の従来の半導体レーザ素子２００を作製することができる。
【００１０】
ところで、上述した半導体レーザ素子２００には、以下のような問題があった。
第１の問題は、構造上の理由から、半導体レーザ素子の動作電圧が高く、また素子抵抗が大きいということである。
第２の問題は、構造上の理由から、製造プロセスが複雑になり、コスト高になるということである。
【００１１】
先ず、リッジ形成に伴う問題である。図１２（ｄ）において、エッチングストップ層２０６をＡｌｍＧａ１−ｍＡｓとし、エッチングしてストライプ状のリッジを形成する際に使用するエッチャントとして、例えばフッ酸系エッチャントを使うものとする。
ＡｌｍＧａ１−ｍＡｓからなるエッチングストップ層２０６がフッ酸系エッチャントに対しエッチング選択性を有しないとするならば、エッチングがエッチングストップ層２０６を貫通してｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層２０５に達し、場合によっては、活性層部２０４にまで至ることもある。
【００１２】
フッ酸系エッチャントによるエッチングレートはＡｌ組成に依存するので、フッ酸系エッチャントを使用する限り、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層２０７をエッチングでき、かつエッチングストップ層２０６で停止するようなＡｌ組成にエッチングストップ層２０６のＡｌ組成ｍを設定することが必要になる。
例えば、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層２０７とエッチングストップ層２０６とのエッチング選択性が大きくなるように、ＡｌｍＧａ１−ｍＡｓエッチングストップ層のＡｌ組成ｍを低くすると、エッチングストップ層２０６でのキャリアの再結合が増えて、リーク電流が増大し、素子抵抗が上昇するといった問題が生じる。
【００１３】
エッチングストップ層２０６のＡｌ組成ｍの調整に代えて、フッ酸系エッチャントの濃度を調整して、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層２０７とエッチングストップ層２０６との選択性を大きくしようとすると、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層２０７のエッチングレートが低下して、エッチングできないといった問題が生じる。
つまり、フッ酸系エッチャントの濃度によるエッチング選択性制御は困難であると言わざるを得ない。
また、フッ酸系エッチャントを使用すると、このエッチャントは、ＳｉＯ２マスク２１４もエッチングする。そのため、ＳｉＯ２マスク２１４に対する選択性も取れるように、フッ酸系エッチャントの濃度を決定しなければならず、更にはＳｉＯ２マスク２１４の膜厚も最適な値にしなければならない。つまり、フッ酸系エッチャントの使用には、面倒な作業が必要になる。
【００１４】
別法として、エッチングストップ層２０６にＧａＩｎＰを使用し、エッチャントとしてフッ酸系エッチャントに代えて例えば硫酸系エッチャントを採用すれば、エッチング選択率は大きく取ることができるので、エッチングをエッチングストップ層２０６で停止させることができる。
【００１５】
しかし、エッチングストップ層２０６にＧａＩｎＰを採用すると、第１のエピタキシャル成長工程で、ＧａＩｎＰエッチングストップ層を成長させる際にそれまでのＡｓ系の炉雰囲気からＰ系の炉雰囲気に置換し、炉の成長温度を一度下げてＧａＩｎＰエッチングストップ層を成長させなければならない。次いで、ＧａＩｎＰエッチングストップ層を成長させた後に、再度、炉の成長温度を上昇させ、Ａｓ系の炉雰囲気に戻し、残りのｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層２０７、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０８を成長させることが必要になる。
この結果、結晶成長プロセスが複雑になり、エピタキシャル成長工程の作業時間が長くなり、コスト高になる。
また、ＧａＩｎＰエッチングストップ層を採用した高出力のブロードストライプ型半導体レーザ素子では、ＧａＩｎＰエッチングストップ層により生じた格子歪みの影響により、ＮＦＰ（Near Field Pattern）の形状に大きな変化を与えてしまうことが分かっている。
【００１６】
そこで、特開平５−２５９５７４号公報は、これらの問題を解決するために、有機酸と過酸化水素とからなるエッチャントを用い、クラッド層を選択的にエッチングしてリッジ形成を行う方法を提案している。
即ち、前掲公報によれば、Ａｌ組成比が０．３８〜０．６のＡｌＧａＡｓをクラッド層に、Ａｌ組成が０．６以上のＡｌＧａＡｓ層をエッチングストップ層に採用し、かつ特定したエッチャントを使用することにより、再現性よくリッジを形成し、半導体レーザ素子を容易に作製することができるとしている。
【００１７】
前掲公報は、例えばクラッド層にＡｌ０．５ＧａＡｓを、エッチングストップ層に膜厚０．０６μｍのＡｌ０．６ＧａＡｓを採用し、エッチャントとしては酒石酸と過酸化水素水の混合液を使用する実施例を開示している。
そして、この特定エッチャントは、Ａｌ０．５ＧａＡｓ層をエッチングするもののＡｌ０．６ ＧａＡｓ層をエッチングしないので、Ａｌ０．６ＧａＡｓ層が表出した時点で、エッチングは停止し、再現よくリッジ形成ができるとしている。
【００１８】
また、エッチングストップ層とクラッド層に同じＡｌＧａＡｓ層を用いているので、エッチングストップ層とクラッド層の成長条件が同じであり、Ａｌ組成比をコントロールするだけで、クラッド層とエッチングストップ層の連続成長を極めて容易にかつ結晶性の良好な成膜を行うことができるとしている。
また、エッチングストップ層のＡｌ組成がクラッド層のＡｌ組成よりも高く、クラッド層の屈折率よりも低い屈折率領域を設けることができるので、光の閉じ込め効率が良くなるとしている。
【００１９】
【特許文献１】
特開平５−２５９５７４号公報（図１）
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前掲公報による半導体レーザ素子の構造では、Ａｌ０．５ＧａＡｓクラッド層よりも屈折率の低いＡｌ０．６ＧａＡｓエッチングストップ層がリッジ側に存在するため、活性層より発生した光はリッジと反対側へ押し出されてしまうといった問題が生じ、光閉じ込め効率の向上が難しい。
【００２１】
また、Ａｌ０．６ＧａＡｓエッチングストップ層の膜厚を厚く設定すると、光学的特性は向上するが、Ａｌ０．６ＧａＡｓエッチングストップ層はクラッド層であるＡｌ０．５ＧａＡｓよりもバンドギャップが大きいので、キャリアに対して障壁になってしまい、膜厚を厚くするほど、閾値電流が大きくなるといった問題が生ずる。
【００２２】
本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、縦方向の光閉じ込め効率が高く、しきい電流が低く、素子抵抗が小さいＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、ＡｌＧａＡｓ系材料のリッジストライプ型半導体レーザ素子の製造方法において、活性層部上に、Ａｌｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）第１クラッド層、Ａｌｚ Ｇａ１−ｚ Ａｓ（０＜ｚ≦１）エッチングストップ層、Ａｌｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）第２クラッド層、Ａｌｙ Ｇａ１−ｙ Ａｓ（０＜ｙ＜１）第３クラッド層、及びＧａＡｓコンタクト層からなる積層構造であって、エッチングストップ層のＡｌ組成比ｚ、第１クラッド層及び第２クラッド層のＡｌ組成比ｘ、並びに第３クラッド層のＡｌ組成比ｙが、ｘ＜ｚで、かつｘ＜ｙであり、ｘとｚの差が０．０２５以上に設定されている積層構造を形成する工程と、コンタクト層、第３クラッド層、及び第２クラッド層をウエットエッチングして、ストライプ状のリッジを形成する工程とを有し、リッジ形成工程では、コンタクト層、第３クラッド層及び第２クラッド層の途中までウエットエッチングする第１エッチング工程と、第１エッチング工程でエッチングされた積層構造をクエン酸水溶液で浸漬洗浄する洗浄工程と、洗浄された積層構造における第２クラッド層の残部をエッチングストップ層までクエン酸水溶液と過酸化水素水との混合液からなるエッチャントでウエットエッチングする第２エッチング工程とを連続して行うことを特徴としている。
【００２４】
本発明方法では、クエン酸水溶液と過酸化水素水との混合液からなるエッチャントでウエットエッチングすることが難しい第３クラッド層及びＧａＡｓコンタクト層を第１エッチング工程で例えば硫酸系エッチャントでウエットエッチングし、次いでエッチングストップ層に対してエッチング選択性を有するエッチャントで第２クラッド層の残部を除去して、リッジを形成する。
第１エッチング工程で、エッチングの面内均一性が良好でなく、エッチングむらが生じていても、第２エッチング工程で良好な面内均一性でエッチングできるので、半導体レーザ素子の特性がばらつくようなことが生じない。
【００２５】
本発明方法によれば、エッチングストップ層として上述のようにＡｌ組成を特定したＡｌＧａＡｓ層を設けることにより、リッジを形成する際のエッチングストップ層は０．０１５μｍ以上０．０２μｍ以下に薄く形成してもエッチング選択性を充分に確保することができ、リッジ形成を容易に行うことができる。
【００２６】
また、本発明の方法によれば、エッチングストップ層がクラッド層と同じＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０＜ｚ≦１）で形成されているので、第１のエピタキシャル成長工程でエッチングストップ層を成長させる際、炉の成長温度を変える必要がなく、第１クラッド層、エッチングストップ層、第２クラッド層、第３クラッド層、及びコンタクト層のエピタキシャル成長を連続して行うことができる。つまり、本発明方法によれば、簡便に且つ短時間で半導体レーザ素子の積層構造を形成することができるので、低コストの半導体レーザ素子が実現できる。
【００２７】
本発明方法の好適な実施態様では、第１エッチング工程でエッチングされた積層構造を、大気及び水に曝すことなく、第１エッチング工程から洗浄ステップを経て第２エッチング工程に移行する。
大気及び水に曝すことなく、ウエハを移動させるには、例えば不活性ガス雰囲気或いは真空中でウエハを移動させる。
これにより、リッジ形成プロセス中にウエハを大気や水に曝すことがないので、ウエハ表面の自然酸化が防止され、ウエハ表面の白濁やエッチングむら等のない再現性の良いプロセスが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明によって形成される半導体レーザ素子（第１の半導体レーザとする）は、ＡｌＧ ａＡｓ系材料のリッジストライプ型半導体レーザ素子において、活性層を上下に挟む上部ＡｌＧａＡｓ系クラッド層及び下部ＡｌＧａＡｓ系クラッド層が、それぞれ、活性層に近いＡｌＧａＡｓ系第１クラッド層と、活性層に関しＡｌＧａＡｓ系第１クラッド層の外側に設けられ、かつＡｌＧａＡｓ系第１クラッド層よりＡｌ組成が大きく、屈折率が低いＡｌＧａＡｓ系第２クラッド層とを含む二層以上のクラッド層で構成されていることを特徴としている。
【００２９】
上述した第１の半導体レーザ素子では、第１クラッド層の屈折率が第２クラッド層のクラッド層より高いので、活性層よりしみ出した光は、第１クラッド層内に効率良く閉じ込められ、半導体レーザ素子の光閉じ込め係数が高くなる。
具体的には、第１クラッド層及び第２クラッド層が、それぞれ、Ａｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）層及びＡｌ ｙ Ｇａ １−ｙ Ａｓ（０＜ｙ＜１）層として形成され、かつｘ＜ｙである
【００３０】
本発明によって形成される別の半導体レーザ素子（第２の半導体レーザとする）は、ＡｌＧａＡｓ系材料のリッジストライプ型半導体レーザ素子において、
ＧａＡｓ基板上に、基板と同じ導電型のＡｌ ｙ Ｇａ １−ｙ Ａｓ（０＜ｙ＜１）クラッド層、基板と同じ導電型のＡｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）クラッド層、ノンドープ活性層部、基板と逆導電型のＡｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）第１クラッド層、Ａｌ ｚ Ｇａ １−ｚ Ａｓ（０＜ｚ≦１）エッチングストップ層、基板と逆導電型のＡｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）第２クラッド層、基板と逆導電型のＡｌ ｙ Ｇａ １−ｙ Ａｓ（０＜ｙ＜１）第３クラッド層、及び基板と逆導電型のＧａＡｓコンタクト層からなる積層構造を備え、
それぞれ、第２クラッド層、第３クラッド層、及びコンタクト層が、ストライプ状のリッジとして形成され、
前記エッチングストップ層のＡｌ組成比ｚ、第１クラッド層及び第２クラッド層のＡｌ組成比ｘ、並びに第３クラッド層のＡｌ組成比ｙが、ｘ＜ｚで、かつｘ＜ｙであり、ｘとｚの差が０．０２５以上に設定されていることを特徴としている。
【００３１】
上述した第２の半導体レーザ素子では、第１の半導体レーザの効果に加えて、第１クラッド層及び第２クラッド層のＡｌ組成比ｘとエッチングストップ層のＡｌ組成比ｚの差が０．０２５以上と小さな差であることから、エッチングストップ層での素子抵抗を低減でき、閾値電流の低い半導体レーザ素子が実現できる。
また、第２の半導体レーザ素子で特定したエッチングストップ層を備えることにより、リッジ形成に際し、エッチングストップ層と第２クラッド層との間でエッチング選択性を有するエッチャントの選定が可能になり、例えばクエン酸系エッチャントを選定して、簡易なプロセスで再現性良くリッジを形成することができる。
第２の半導体レーザ素子では、エッチングストップ層がクラッド層と同じＡｌＧａＡｓ系材料で形成されているので、第１クラッド層、エッチングストップ層、第２クラッド層、第３クラッド層、及びコンタクト層のエピタキシャル成長を連続して行うことができる。
【００３２】
また、第２の半導体レーザ素子では、第２クラッド層のエッチングに際し、エッチングストップ層と第２クラッド層との間でエッチング選択性を有するエッチャントの選定、例えばクエン酸系エッチャントの選定を前提として、Ａｌ ｚ Ｇａ １−ｚ Ａｓ（０＜ｚ≦１）エッチングストップ層の膜厚が０．０１５μｍ以上０．０２μｍ以下に設定されている。
エッチングストップ層の膜厚が薄いので、活性層より発生した光に対するエッチングストップ層の屈折率による影響を低減でき、従って半導体レーザ素子の光学特性に及ぼす影響が殆ど生じない。
エッチングストップ層の膜厚が０．０１５μｍ未満ではエッチングストップ層の効果が 乏しく、またエッチングストップ層の効果を奏する上で０．０２μｍ以上にする必要はなく、０．０２μｍ以上にすると、閾値電流が大きくなるという問題が生じる。
【００３３】
尚、リッジの形成に際し、Ａｌ ｚ Ｇａ １−ｚ Ａｓ（０＜ｚ≦１）エッチングストップ層を除去した構造を形成しても良く、また、リッジ形成のためのエッチングが基板と逆型のＡｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）第１クラッド層に至っている構造であってもよい。
【００３４】
また、第２の半導体レーザ素子で、Ａｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）第１クラッド層とＡｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）第２クラッド層のＡｌ組成ｘは、相互に異なっていてもよい。
Ａｌ ｚ Ｇａ １−ｚ Ａｓ（０＜ｚ≦１）エッチングストップ層は、Ａｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）第２クラッド層よりもＡｌ組成が０．０２５以上大きくなっている限り、Ａｌ ｙ Ｇａ １−ｙ Ａｓ（０＜ｙ＜１）第３クラッド層と同じＡｌ組成であってもよい。
【００３５】
第１の半導体レーザ素子によれば、第２クラッド層のＡｌ組成を第１クラッド層のＡｌ組成より大きくして、第１クラッド層の屈折率を第２クラッド層のクラッド層より高くすることにより、活性層よりしみ出した光を第１クラッド層内に効率良く閉じ込めることができ、半導体レーザ素子の光閉じ込め係数を高くすることができる。
【００３６】
第２の半導体レーザ素子によれば、エッチングストップ層のＡｌ組成比ｚ、第１クラッド層及び第２クラッド層のＡｌ組成比ｘ、並び第３クラッド層ｙを、ｘ＜ｚで、かつｘ＜ｙであり、ｘとｚの差が０．０２５以上に設定することにより、第１の発明の効果に加えて、以下の効果を奏することができる。
第２の半導体レーザ素子は、第１クラッド層及び第２クラッド層のＡｌ組成比ｘとエッチングストップ層のＡｌ組成比ｚの差が０．０２５以上と小さな差であることから、エッチングストップ層での素子抵抗を低減でき、閾値電流の低い半導体レーザ素子が実現できる。
また、第２の半導体レーザ素子で特定したエッチングストップ層を備えることにより、リッジ形成に際し、エッチングストップ層と第２クラッド層との間でエッチング選択性を有するエッチャントの選定が可能になり、例えばクエン酸系エッチャントを選定して、簡易なプロセスで再現性良くリッジを形成することができる。
第２の半導体レーザ素子では、エッチングストップ層がクラッド層と同じＡｌＧａＡｓ系化合物半導体層で形成されているので、第１クラッド層、エッチングストップ層、第２クラッド層、第３クラッド層、及びコンタクト層のエピタキシャル成長を連続して行うことができる。
【００３７】
以下に、実施形態例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。尚、以下の実施形態例で示す成膜方法、化合物半導体層の組成及び膜厚、プロセス条件等は、本発明の理解を容易にするための一つの例示であって、本発明はこの例示に限定されるものではない。
半導体レーザ素子の実施形態例
本実施形態例は、本発明に係る半導体レーザ素子の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
本実施形態例の半導体レーザ素子１００は、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ−Ａｌ０．６ＧａＡｓクラッド層１０３、ｎ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層１０４、活性層部１０５、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層１０６、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８、ｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層１０９、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０が、順次、積層形成された積層構造を備えている。
【００３８】
ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８、ｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層１０９、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０は、ストライプ状のリッジ形状に形成され、電流注入領域１２０を構成している。リッジの両側面及び両脇は、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１１で埋め込まれ、電流非注入領域１２１を構成している。
リッジ上面であるｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０及びｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１１の上面にはｐ側電極１１２が形成され、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１の裏面にはｎ側電極１１３が形成されている。
【００３９】
本実施形態例で、一例として、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２の層厚は０．５μｍ、ｎ−Ａｌ０．６ＧａＡｓクラッド層１０３の層厚は１．０μｍ、ｎ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層１０４の層厚は０．６μｍ、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層１０６の層厚は０．３μｍ、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７の層厚は０．０１５μｍ、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８の層厚は０．３μｍ、ｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層１０９の層厚は１．０μｍ、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０の層厚は０．５μｍである。
【００４０】
本実施形態例では、活性層部１０５は、光ガイド層を含む光導波層として構成されたＳＣＨ（Separated Confinement Heterostructure）構造、詳しくは膜厚０．０５μｍのＡｌ０．３ＧａＡｓ光ガイド層と膜厚０．０１μｍのＡｌ０．１ＧａＡｓ活性層とからなるＳＱＷ（Single Quantum Well）構造である。
尚、活性層部１０５の構造は、これに限らず、いかような設計或いは構造であってもよい。
【００４１】
本実施形態例では、活性層部１０５を挟む上下のクラッド層が、それぞれ、Ａｌ０．６ＧａＡｓクラッド層、及びＡｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層の二層で構成されていて、活性層部１０５側のクラッド層がＡｌ０．４７ＧａＡｓで、更にそれを挟む外側クラッド層がＡｌ０．６ＧａＡｓで構成されている。
これにより、活性層部１０５側のクラッド層の屈折率がその外側のクラッド層より大きくなるので、活性層部１０５よりしみ出した光は、活性層部１０５側のクラッド層内に効率よく閉じ込められる。
【００４２】
図７は、本実施形態例の半導体レーザ素子１００の層構造のエネルギー準位を示す図である。半導体レーザ素子１００では、光閉じ込め係数は３．２１６４％となる。
【００４３】
一方、図８に示したエネルギー準位図は、本実施形態例の半導体レーザ素子１００に設けたｎ−Ａｌ０．６ＧａＡｓクラッド層１０３及びｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層１０９を備えていない、１層式のクラッド層構造のエネルギー準位図である。
図８の層構造は、ｎ−Ａｌ０．６ＧａＡｓクラッド層１０３及びｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層１０９に代えて、膜厚１μｍのｎ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層、及びｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層が存在する構造となっていて、従来の半導体レーザ素子に相当する層構造である。
この構造は、活性層部を挟むｎ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層及びｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層を更に挟む低屈折率材料のＡｌ０．６ＧａＡｓクラッド層を備えていない構造であって、この構造の光閉じ込め係数は３．１６４５％である。つまり、従来の半導体レーザ素子では、本実施形態例に比べて、光の閉じ込め効果が弱くなる。
【００４４】
本実施形態例では、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７の膜厚を０．０１５μｍと薄くしたことにより、活性領域で発生した光に対するエッチングストップ層２０７の屈折率による影響が小さくなり、半導体レーザ素子の光学特性に及ぼす影響を低減することができる。
また、本実施形態例では、ｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層１０９とｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８とのＡｌ組成差が０．１３であり、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７とｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８とのＡｌ組成差が０．０８である。これにより、以下の製造方法で説明するように、ストライプ状のリッジ形状を容易に形成することができる。
【００４５】
半導体レーザ素子の製造方法の実施形態例
本実施形態例は、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の実施形態の一例である。図２（ａ）と（ｂ）、図３（ｃ）と（ｄ）、図４（ｅ）と（ｆ）、及び図５は、それぞれ、上述の実施形態例の半導体レーザ素子を製造する際の各工程の層構造を示す断面図である。
第１のエピタキシャル成長工程
先ず、図２（ａ）に示すように、ＭＯＶＰＥ法やＭＯＣＶＤ法等の有機金属気相成長法により、第１のエピタキシャル成長工程で、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ−Ａｌ０．６ＧａＡｓクラッド層１０３、ｎ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層１０４、活性層部１０５、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層１０６、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８、ｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層１０９、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０を順次エピタキシャル成長させ、ダブルヘテロ構造を有する積層体１１６を形成する。
エピタキシャル成長に際しては、ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｓｅ等を、ｐ型ドーパントとしてＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ等を使用する。
【００４６】
リッジ形成工程
〔前工程〕
次に、図２（ｂ）に示すように、上述の積層体１１６の上面、つまりｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０の上面にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により、ＳｉＯ２膜１１４を成膜し、更にＳｉＯ２膜１１４上に写真触刻によりストライプ状のレジストマスク１１５を形成する。
【００４７】
次に、図３（ｃ）に示すように、レジストマスク１１５を用い、エッチング技術によりＳｉＯ２膜１１４をパターニングして、ストライプ状のＳｉＯ２マスク１１４を形成する。ＳｉＯ２マスク１１４を形成した後、レジストマスク１１５を除去する。
【００４８】
次に、ＳｉＯ２マスク１１４を用いてウエットエッチング技術により、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０、ｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層１０９、及びｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８を２段階ウエットエッチングでエッチングして、ストライプ状のリッジを形成する。
【００４９】
〔第１段階のウエットエッチング〕
先ず、第１段階のウエットエッチングで、図３（ｄ）に示すように、エッチャントとして例えば硫酸系のエッチャントを用い、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０をエッチングし、次いでエッチング時間を制御して、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８の途中でエッチングを停止させ、エッチングがＡｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７に達しないようにする。
尚、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８とＡｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７との間で硫酸系のエッチャントによりエッチング選択性を生じさせることは極めて難しい。
【００５０】
第１段階のエッチングで使用するエッチャントの組成は、硫酸（９６％）：過酸化水素水（３１％）：水＝１：８：４０（比は体積比であり、以下、断りの無い限りエッチャント混合液の比は体積比とする）であり、エッチング時間は２分とした。この時間でエッチングを停止させると、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７上に約０．２μｍの膜厚のｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８が残る。
硫酸系のエッチャントを使ったエッチングは、再現性が良くなく、面内均一性を確保することが難しい。つまり、面内不均一にｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８を削ってしまうために、ウエハ面内のエッチングばらつきが大きくなってしまう。従って、このままでは、ウエハ面内で素子ごとにリッジ高さが異なってしまい、屈折率差や放射角特性にバラツキが生ずる。そこで、本実施形態例では、後述の第２段階のエッチングを行う。
【００５１】
第１段階のエッチング後は、流水洗浄及び乾燥を行うことなく、しかも大気や水に曝すことなくクエン酸一水和物（５０ｗｔ％水溶液）からなる洗浄液中にエッチングした積層構造を浸漬し、洗浄液を攪拌しつつウエハ表面にある硫酸系のエッチャントを除去する。攪拌時間は２０秒間であった。
ウエハを移動させる際には、ウエハ表面の乾燥による自然酸化を避けるためにウエハ表面を大気や水に曝さないことが望ましい。
【００５２】
次いで、生成した表面自然酸化膜及び硫酸系のエッチャントを完全に除去するために、引き続いてクエン酸一水和物（５０ｗｔ％水溶液）からなる別の新しい洗浄液中にウエハを浸漬させ、攪拌して、リンス洗浄する。攪拌時間は１分間であった。
別の新しい洗浄液にウエハを移動する際も、ウエハ表面の乾燥による自然酸化を避けるために、ウエハ表面を大気や水に曝さないことが望ましく、流水洗浄も行わない。
【００５３】
〔第２段階のウエットエッチング〕
次いで、第２段階のウエットエッチングに移行する。第２段階のエッチングでは、エッチャントとしてクエン酸：過酸化水素水の混合液を用い、図４（ｅ）に示すように、残りのｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８をＡｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７までエッチングする。
第２段階のエッチングのエッチャントは、クエン酸一水和物（５０ｗｔ％水溶液）：過酸化水素水（３１％）＝１２：１の組成比の混合液を使用し、エッチング時間は２分とした。
【００５４】
クエン酸：過酸化水素水の混合液からなるエッチャントは、Ａｌ０．６ＧａＡｓエッチングストップ層１０７に対してエッチング選択性を有する。つまり、Ａｌ０．６ＧａＡｓエッチングストップ層１０７は表出した時点で急激に酸化され、上述のエッチャントによるエッチング速度が著しく低下して、エッチングストップ層１０７で停止する。
第２段階のウエットエッチングのためにエッチャントにウエハを浸漬する際も、ウエハ表面の乾燥による自然酸化を避けるために、ウエハ表面を大気や水に曝さないことが望ましい。また、前処理の流水洗浄も行わない。
【００５５】
図６にクエン酸一水和物（５０ｗｔ％水溶液）：過酸化水素水（３１％）＝１２：１の混合液からなるエッチャントによるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層のエッチングレートのグラフを示す。
グラフは、横軸にエッチング時間〔分〕、縦軸にエッチング量〔μｍ〕を取り、下から順に、Ａｌ組成ｘが、０．５５、０．５２５、０．５、０．４７５、０．４５、及び０（ＧａＡｓ）のＡｌＧａＡｓ層に対するエッチングレートを示す。
【００５６】
図６のグラフから判るように、Ａｌ組成が低いほど、エッチングレートは速く、Ａｌ０．５ＧａＡｓとＡｌ０．５２５ＧａＡｓでは、大きな選択性を確保できることが分かる。これは、Ａｌ組成が０．５ではエッチングできるものの、Ａｌ組成が０．５２５になると、Ａｌが過酸化水素の酸素と結合し、酸化Ａｌになるために、エッチングできなくなることを示している。
即ち、Ａｌ０．５ＧａＡｓではエッチング効果の方が支配的であるが、Ａｌ０．５２５ＧａＡｓになると、僅か０．０２５のみであるもののＡｌ組成が高くなるために、過酸化水素の酸素との結合による酸化効果の方が支配的になり全く削れなくなってしまう。
従って、上述のエッチャントを使用することにより、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８を選択的にエッチングし、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７でエッチングを停止させることができる。
【００５７】
また、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７上のｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８の膜厚は約０．２μｍであるから、所要エッチング時間は、図６のグラフに基づくと１分程度でよいが、第２段階のエッチング時間は、２分間とした。
これは、前述したように、硫酸系のエッチャントによる第１段階のエッチングでは、ウエハ面内にエッチングのバラツキが生じているので、第２段階のエッチングでは、エッチング時間を若干長めに設定して、エッチングむらを解消しているからである。
【００５８】
また、図６から分かるように、ＧａＡｓのエッチングレートが最も速い。従って、ＳｉＯ２マスク１１４下部でｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０にアンダーカットが、図４（ｅ）に示すように、約０．２μｍ進行する。
また、図６から分かるように、第２段階のエッチングで使用したエッチャントでは、ｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層１０９はエッチングされない。そのために、第１段階のエッチングは、硫酸系エッチャントを使い、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８に至るエッチングを行っている。
【００５９】
本実施形態例のエッチングによるリッジ形成工程では、ウエハ表面を大気や水に曝さないことが重要である。ＡｌＧａＡｓ表面は水や大気などの雰囲気中にさらされると、酸化してしまい、クエン酸系のエッチャントでは最表面の酸化膜の影響で、たちまち削れなくなってしまい、白濁やエッチングむらが生じてしまうからである。
【００６０】
第２エピタキシャル成長工程
次に、図４（ｆ）に示すように、第２のエピタキシャル成長工程で、ＳｉＯ２マスク１１４を用いてリッジ両側面及びリッジ両脇にｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１１を選択的に成長させる。
ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１１は、リッジ斜面及び外部に成長し、ＳｉＯ２マスク１１４上には成長しない。
【００６１】
電極形成工程
次に、図２（７）に示すように、ＳｉＯ２マスク１１４を除去した後、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０及びｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１１上にｐ側電極１１２を形成し、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１の裏面にｎ側電極１１３を形成する。
これにより、図１に示す層構造を有するレーザ用半導体ウエハを得ることが出来る。
このレーザ用半導体ウエハをリッジストライプ方向と垂直方向にヘキ開することにより、一対の共振器反射面を持つ半導体レーザ素子を製造することができる。
【００６２】
本実施形態例の半導体レーザ素子１００では、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８とＡｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７のＡｌ組成差が０．０８と小さな差であるものの、クエン酸を含む本発明で特定したエッチャントを使用することによってエッチング選択性を充分にとることができ、リッジ形成が容易になる。
一方、エッチングストップ層１０７のＡｌ組成が０．５５と大きいので、エッチングストップ層１０７でのキャリアの再結合が抑制され、素子抵抗が低く、動作電圧の低い半導体レーザ素子が実現できる。
また、エッチングストップ層がＡｌＧａＡｓであるから、第１のエピタキシャル成長工程で炉の成長温度を変えることなくエッチングストップ層を成長させることができる。よって、簡便に且つ短時間で積層体１１６を形成することができるので、半導体レーザ素子を低コストで製造することができる。
【００６３】
また、本実施形態例の製造方法によれば、リッジ形成の際に、クエン酸水溶液と過酸化水素水の混合液を含めた二種類以上のエッチャントを使用し、リッジ形成プロセス中にウエハを大気中に曝すことがないので、ウエハ表面の自然酸化が防止され、ウエハ表面の白濁やエッチングむら等のない再現性の良いエッチングプロセスが可能となる。
【００６４】
また、本実施形態例では、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７のｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８に対するＡｌ組成差を０．０８としたが、このＡｌ組成差は０．０２５以上であり、クエン酸一水和物（５０ｗｔ％水溶液）：過酸化水素水（３１％）の組成比をエッチング選択性がとれる値にすれば、Ａｌ組成差及びエッチャントの組成比には、制約はない。
【００６５】
例えば、図９に示すように、クエン酸一水和物（５０ｗｔ％水溶液）：過酸化水素水（３１％）＝１１：１の混合液からなるエッチャントを使ったとき、Ａｌ０．４７５ＧａＡｓとＡｌ０．５ＧａＡｓで大きな選択性が取れることが分かる。
図９は、クエン酸一水和物（５０ｗｔ％水溶液）：過酸化水素水（３１％）＝１１：１の混合液のエッチャントによるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層のエッチングレートのグラフであって、横軸にエッチング時間〔分〕、縦軸にエッチング量〔μｍ〕を取り、下から順に、Ａｌ組成ｘが、０．５５、０．５２５、０．５、０．４７５、０．４５、及び０（ＧａＡｓ）のＡｌＧａＡｓ層に対するエッチングレートを示す。
【００６６】
また、本実施形態例では、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１１をリッジ斜面及びリッジ脇に成長させ、リッジを埋め込む形状としたが、リッジは導波機構の設計上いかような形状としてもよい。
また、本実施形態例では、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７をリッジ脇に残す構造としたが、これを除去した構造としてもよい。
更に、本実施形態例では、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層１０６とｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８のＡｌ組成を同じにしているが、異なっていてもよい。また、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層のＡｌ組成は、エッチングストップ層を兼ねる値であってもよく、エッチングストップ層と同一のものであっても良い。
また、本実施形態例では、基板としてｎ−ＧａＡｓ基板を用いているが、これに限らず、ｐ−ＧａＡｓ基板を用いて形成してもよいことは言うまでもない。
【００６７】
【発明の効果】
本発明方法によれば、コンタクト層、第３クラッド層、及び第２クラッド層の途中まで例えば硫酸系エッチャントでウエットエッチングする第１エッチング工程と、第２クラッド層の残部をエッチングストップ層までクエン酸水溶液と過酸化水素水との混合液からなるエッチャントでウエットエッチングする第２エッチング工程とで、リッジ形成工程を構成している。これにより、以下の効果を奏することができる。
本発明方法では、クエン酸水溶液と過酸化水素水との混合液からなるエッチャントでウエットエッチングすることが難しい第３クラッド層及びＧａＡｓコンタクト層を第１エッチング工程で硫酸系エッチャントでウエットエッチングし、次いでエッチングストップ層に対してエッチング選択性を有するエッチャントで第２クラッド層の残部を除去して、リッジを形成する。
第１エッチング工程で、エッチングの面内均一性が良好でなく、エッチングむらが生じていても、第２エッチング工程で良好な面内均一性でエッチングできるので、半導体レーザ素子の特性がばらつくようなことが生じない。
【００６８】
本発明方法によれば、エッチングストップ層として上述のようにＡｌ組成を特定したＡｌＧａＡｓ層を設けることにより、リッジを形成する際のエッチングストップ層は０．０１５μｍ以上０．０２μｍ以下に薄く構成してもエッチング選択性を充分にとることができ、リッジ形成が容易にできる。
また、本発明の方法によれば、エッチングストップ層がクラッド層と同じＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０＜ｚ≦１）で形成されているので、第１のエピタキシャル成長工程でエッチングストップ層を成長させる際、炉の成長温度を変える必要がなく、第１クラッド層、エッチングストップ層、第２クラッド層、第３クラッド層、及びコンタクト層のエピタキシャル成長を連続して行うことができる。つまり、本発明方法によれば、簡便に且つ短時間で半導体レーザ素子の積層構造を形成することができるので、低コストの半導体レーザ素子が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態例の半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図２】 図２（ａ）と（ｂ）は、それぞれ、実施形態例の半導体レーザ素子を製造する際の各工程の層構造を示す断面図である。
【図３】 図３（ｃ）と（ｄ）は、それぞれ、図２（ｂ）に続いて実施形態例の半導体レーザ素子を製造する際の各工程の層構造を示す断面図である。
【図４】 図４（ｅ）と（ｆ）は、それぞれ、図３（ｄ）に続いて実施形態例の半導体レーザ素子を製造する際の各工程の層構造を示す断面図である。
【図５】 図４（ｆ）に続いて実施形態例の半導体レーザ素子を製造する際の各工程の層構造を示す断面図である。
【図６】 クエン酸一水和物（５０ｗｔ％水溶液）：過酸化水素水（３１％）＝１２：１の混合液からなるエッチャントによるＡｌｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ層のエッチングレートのグラフである。
【図７】 実施形態例の半導体レーザ素子の層構造のエネルギー準位を示す図である。
【図８】 従来の半導体レーザ素子の層構造のエネルギー準位を示す図である。
【図９】 クエン酸一水和物（５０ｗｔ％水溶液）：過酸化水素水（３１％）＝１１：１の混合液のエッチャントによるＡｌｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ層のエッチングレートのグラフである。
【図１０】 従来の半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図１１】 図１１（ａ）と（ｂ）は、それぞれ、従来の半導体レーザ素子を製造する際の各工程の層構造を示す断面図である。
【図１２】 図１２（ｃ）と（ｄ）は、それぞれ、図１１（ｂ）に続いて実施形態例の半導体レーザ素子を製造する際の各工程の層構造を示す断面図である。
【図１３】 図１３（ｅ）と（ｆ）は、それぞれ、図１２（ｄ）に続いて実施形態例の半導体レーザ素子を製造する際の各工程の層構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１００……実施形態例の半導体レーザ素子、１０１……ｎ−ＧａＡｓ基板、１０２……ｎ−ＧａＡｓバッファ層、１０３……ｎ−Ａｌ０．６ＧａＡｓクラッド層、１０４……ｎ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層、１０５……活性層部、１０６……ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層、１０７……ｐ−Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層、１０８……ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層、１０９……ｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層、１１０……ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、１１１……ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層、１１２……ｐ側電極、１１３……ｎ側電極、１１４……ＳｉＯ２膜、ＳｉＯ２マスク、１１５……レジストマスク、１１６……積層体、１２０……電流注入領域、１２１……電流非注入領域、２００……従来の半導体レーザ素子、２０１……ｎ型ＧａＡｓ基板、２０２……ｎ−ＧａＡｓバッファ層、２０３……ｎ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層、２０４……活性層部、２０５……ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層、２０６……エッチングストップ層、２０７……ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層、２０８……ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、２１０……積層体、２１１……ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層、２１２……ｐ側電極、２１３……ｎ側電極、２１４……ＳｉＯ２膜、ＳｉＯ２マスク、２１５……レジストマスク、２２０……電流注入領域、２２１……電流非注入領域。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ素子の製造方法に関し、更に詳細には、動作電圧が低く、素子抵抗の小さいＡｌＧａＡｓ系材料のリッジストライプ型半導体レーザ素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＡｌＧａＡｓ系材料を用いた赤外波長帯の半導体レーザ素子は、光ディスクの読み取り装置、書き換え装置、イニシャライザー等の光源として利用されている。特に、Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４等の結晶の吸収帯が８０８ｎｍ付近にあるので、Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４等の固体レーザの励起用光源として、横多モードレーザ光を発振するブロードストライプ型の赤外高出力半導体レーザが期待されている。また、赤外波長帯の高出力半導体レーザを利用した溶接等の加工機も使われ始めている。
これらの分野で使用される高出力半導体レーザ素子では、特に、高い光閉じこめ効率と低閾値電流の実現が求められている。
【０００３】
ここで、図１０を参照して、埋め込みリッジ型の構造を有する従来のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子の構成を説明する。図１０は埋め込みリッジ型の構造を有する従来のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子の断面図である。
従来の埋め込みリッジ型のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子２００は、図１０に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２０２、ｎ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層２０３、活性層部２０４、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層２０５、エッチングストップ層２０６、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層２０７、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０８を順次エピタキシャル成長させたダブルへテロ構造の積層構造を備えている。
ｐ−第２クラッド層２０７及びｐ−コンタクト層２０８が、リッジとして形成され、電流注入領域２２０を構成している。電流注入領域２２０を構成するリッジの両脇は、例えばｎ−ＧａＡｓ電流阻止層２１１で埋め込まれ、電流非注入領域２２１を形成している。
また、ｐ−コンタクト層２０８及びｎ−ＧａＡｓ電流阻止層２１１上にはｐ側電極２１２が、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１の裏面にはｎ側電極２１３が設けられている。
【０００４】
上述の半導体レーザ素子２００は、リッジストライプ型の電流注入領域２２０の両側が電流注入領域２２０と逆型の半導体材料で埋め込まれていることにより、電流狭窄と屈折率導波を同時に可能としている。
従って、上述の半導体レーザ素子２００は、注入キャリアとレーザ光の双方をストライプ領域に有効に閉じ込めることが出来る構造を備えていると言える。
【０００５】
次に、図１１から図１３を参照して、上述の従来の半導体レーザ素子２００の製造方法を説明する。図１１（ａ）と（ｂ）、図１２（ｃ）と（ｄ）、及び図１３（ｅ）と（ｆ）は、それぞれ、従来の半導体レーザ素子２００を製造する際の各工程の層構造を示す断面図である。
先ず、図１１（ａ）に示すように、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）法やＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等の有機金属気相成長法により、第１のエピタキシャル成長工程で、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２０２、ｎ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層２０３、活性層部２０４、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層２０５、エッチングストップ層２０６、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層２０７、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０８を順次エピタキシャル成長させ、ダブルへテロ構造を有する積層体２１０を形成する。
エピタキシャル成長に際しては、ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｓｅ等を、ｐ型ドーパントとしてＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ等を使用する。
【０００６】
次に、図１１（ｂ）に示すように、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によりＳｉＯ２膜２１４を上述の積層体２１０の上面、つまりｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０８上に成膜し、更にＳｉＯ２膜２１４の上面に写真触刻によりストライプ状のレジストマスク２１５を形成する。
【０００７】
次に、レジストマスク２１５を用いてＳｉＯ２膜２１４をパターニングし、続いてレジストマスク２１５を除去して、図１２（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２マスク２１４をｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０８上に形成する。
【０００８】
次いで、図１２（ｄ）に示すように、ＳｉＯ２マスク２１４上からウエットエッチング技術によりｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０８、及びｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２のクラッド層２０７をエッチングして、リッジを形成する。
エッチングを行う際には、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０８及びｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２のクラッド層２０７を完全に除去し、エッチングストップ層２０６でエッチングを停止できるエッチング選択性を持ったエッチャントを用いてエッチングを行う。これにより、エッチングストップ層２０６に対してｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２のクラッド層２０７を選択的に除去できる。
【０００９】
次に、図１３（ｅ）に示すように、第２のエピタキシャル成長工程に移行し、リッジの両側にｎ−ＧａＡｓ電流阻止層２１１を選択成長させる。このとき、リッジ部上面にはＳｉＯ２マスク２１４が存在するので、リッジ上にはｎ−ＧａＡｓ電流阻止層は成長しない。
次いで、図１３（ｆ）に示すように、ＳｉＯ２マスク２１４を除去し、続いてｐ−コンタクト層２０８及びｎ−ＧａＡｓ電流阻止層２１１上にｐ側電極２１２を、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１の裏面にｎ側電極２１３を形成する。
以上の工程を経て、上述の従来の半導体レーザ素子２００を作製することができる。
【００１０】
ところで、上述した半導体レーザ素子２００には、以下のような問題があった。
第１の問題は、構造上の理由から、半導体レーザ素子の動作電圧が高く、また素子抵抗が大きいということである。
第２の問題は、構造上の理由から、製造プロセスが複雑になり、コスト高になるということである。
【００１１】
先ず、リッジ形成に伴う問題である。図１２（ｄ）において、エッチングストップ層２０６をＡｌｍＧａ１−ｍＡｓとし、エッチングしてストライプ状のリッジを形成する際に使用するエッチャントとして、例えばフッ酸系エッチャントを使うものとする。
ＡｌｍＧａ１−ｍＡｓからなるエッチングストップ層２０６がフッ酸系エッチャントに対しエッチング選択性を有しないとするならば、エッチングがエッチングストップ層２０６を貫通してｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層２０５に達し、場合によっては、活性層部２０４にまで至ることもある。
【００１２】
フッ酸系エッチャントによるエッチングレートはＡｌ組成に依存するので、フッ酸系エッチャントを使用する限り、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層２０７をエッチングでき、かつエッチングストップ層２０６で停止するようなＡｌ組成にエッチングストップ層２０６のＡｌ組成ｍを設定することが必要になる。
例えば、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層２０７とエッチングストップ層２０６とのエッチング選択性が大きくなるように、ＡｌｍＧａ１−ｍＡｓエッチングストップ層のＡｌ組成ｍを低くすると、エッチングストップ層２０６でのキャリアの再結合が増えて、リーク電流が増大し、素子抵抗が上昇するといった問題が生じる。
【００１３】
エッチングストップ層２０６のＡｌ組成ｍの調整に代えて、フッ酸系エッチャントの濃度を調整して、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層２０７とエッチングストップ層２０６との選択性を大きくしようとすると、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層２０７のエッチングレートが低下して、エッチングできないといった問題が生じる。
つまり、フッ酸系エッチャントの濃度によるエッチング選択性制御は困難であると言わざるを得ない。
また、フッ酸系エッチャントを使用すると、このエッチャントは、ＳｉＯ２マスク２１４もエッチングする。そのため、ＳｉＯ２マスク２１４に対する選択性も取れるように、フッ酸系エッチャントの濃度を決定しなければならず、更にはＳｉＯ２マスク２１４の膜厚も最適な値にしなければならない。つまり、フッ酸系エッチャントの使用には、面倒な作業が必要になる。
【００１４】
別法として、エッチングストップ層２０６にＧａＩｎＰを使用し、エッチャントとしてフッ酸系エッチャントに代えて例えば硫酸系エッチャントを採用すれば、エッチング選択率は大きく取ることができるので、エッチングをエッチングストップ層２０６で停止させることができる。
【００１５】
しかし、エッチングストップ層２０６にＧａＩｎＰを採用すると、第１のエピタキシャル成長工程で、ＧａＩｎＰエッチングストップ層を成長させる際にそれまでのＡｓ系の炉雰囲気からＰ系の炉雰囲気に置換し、炉の成長温度を一度下げてＧａＩｎＰエッチングストップ層を成長させなければならない。次いで、ＧａＩｎＰエッチングストップ層を成長させた後に、再度、炉の成長温度を上昇させ、Ａｓ系の炉雰囲気に戻し、残りのｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層２０７、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０８を成長させることが必要になる。
この結果、結晶成長プロセスが複雑になり、エピタキシャル成長工程の作業時間が長くなり、コスト高になる。
また、ＧａＩｎＰエッチングストップ層を採用した高出力のブロードストライプ型半導体レーザ素子では、ＧａＩｎＰエッチングストップ層により生じた格子歪みの影響により、ＮＦＰ（Near Field Pattern）の形状に大きな変化を与えてしまうことが分かっている。
【００１６】
そこで、特開平５−２５９５７４号公報は、これらの問題を解決するために、有機酸と過酸化水素とからなるエッチャントを用い、クラッド層を選択的にエッチングしてリッジ形成を行う方法を提案している。
即ち、前掲公報によれば、Ａｌ組成比が０．３８〜０．６のＡｌＧａＡｓをクラッド層に、Ａｌ組成が０．６以上のＡｌＧａＡｓ層をエッチングストップ層に採用し、かつ特定したエッチャントを使用することにより、再現性よくリッジを形成し、半導体レーザ素子を容易に作製することができるとしている。
【００１７】
前掲公報は、例えばクラッド層にＡｌ０．５ＧａＡｓを、エッチングストップ層に膜厚０．０６μｍのＡｌ０．６ＧａＡｓを採用し、エッチャントとしては酒石酸と過酸化水素水の混合液を使用する実施例を開示している。
そして、この特定エッチャントは、Ａｌ０．５ＧａＡｓ層をエッチングするもののＡｌ０．６ ＧａＡｓ層をエッチングしないので、Ａｌ０．６ＧａＡｓ層が表出した時点で、エッチングは停止し、再現よくリッジ形成ができるとしている。
【００１８】
また、エッチングストップ層とクラッド層に同じＡｌＧａＡｓ層を用いているので、エッチングストップ層とクラッド層の成長条件が同じであり、Ａｌ組成比をコントロールするだけで、クラッド層とエッチングストップ層の連続成長を極めて容易にかつ結晶性の良好な成膜を行うことができるとしている。
また、エッチングストップ層のＡｌ組成がクラッド層のＡｌ組成よりも高く、クラッド層の屈折率よりも低い屈折率領域を設けることができるので、光の閉じ込め効率が良くなるとしている。
【００１９】
【特許文献１】
特開平５−２５９５７４号公報（図１）
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前掲公報による半導体レーザ素子の構造では、Ａｌ０．５ＧａＡｓクラッド層よりも屈折率の低いＡｌ０．６ＧａＡｓエッチングストップ層がリッジ側に存在するため、活性層より発生した光はリッジと反対側へ押し出されてしまうといった問題が生じ、光閉じ込め効率の向上が難しい。
【００２１】
また、Ａｌ０．６ＧａＡｓエッチングストップ層の膜厚を厚く設定すると、光学的特性は向上するが、Ａｌ０．６ＧａＡｓエッチングストップ層はクラッド層であるＡｌ０．５ＧａＡｓよりもバンドギャップが大きいので、キャリアに対して障壁になってしまい、膜厚を厚くするほど、閾値電流が大きくなるといった問題が生ずる。
【００２２】
本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、縦方向の光閉じ込め効率が高く、しきい電流が低く、素子抵抗が小さいＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、ＡｌＧａＡｓ系材料のリッジストライプ型半導体レーザ素子の製造方法において、活性層部上に、Ａｌｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）第１クラッド層、Ａｌｚ Ｇａ１−ｚ Ａｓ（０＜ｚ≦１）エッチングストップ層、Ａｌｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）第２クラッド層、Ａｌｙ Ｇａ１−ｙ Ａｓ（０＜ｙ＜１）第３クラッド層、及びＧａＡｓコンタクト層からなる積層構造であって、エッチングストップ層のＡｌ組成比ｚ、第１クラッド層及び第２クラッド層のＡｌ組成比ｘ、並びに第３クラッド層のＡｌ組成比ｙが、ｘ＜ｚで、かつｘ＜ｙであり、ｘとｚの差が０．０２５以上に設定されている積層構造を形成する工程と、コンタクト層、第３クラッド層、及び第２クラッド層をウエットエッチングして、ストライプ状のリッジを形成する工程とを有し、リッジ形成工程では、コンタクト層、第３クラッド層及び第２クラッド層の途中までウエットエッチングする第１エッチング工程と、第１エッチング工程でエッチングされた積層構造をクエン酸水溶液で浸漬洗浄する洗浄工程と、洗浄された積層構造における第２クラッド層の残部をエッチングストップ層までクエン酸水溶液と過酸化水素水との混合液からなるエッチャントでウエットエッチングする第２エッチング工程とを連続して行うことを特徴としている。
【００２４】
本発明方法では、クエン酸水溶液と過酸化水素水との混合液からなるエッチャントでウエットエッチングすることが難しい第３クラッド層及びＧａＡｓコンタクト層を第１エッチング工程で例えば硫酸系エッチャントでウエットエッチングし、次いでエッチングストップ層に対してエッチング選択性を有するエッチャントで第２クラッド層の残部を除去して、リッジを形成する。
第１エッチング工程で、エッチングの面内均一性が良好でなく、エッチングむらが生じていても、第２エッチング工程で良好な面内均一性でエッチングできるので、半導体レーザ素子の特性がばらつくようなことが生じない。
【００２５】
本発明方法によれば、エッチングストップ層として上述のようにＡｌ組成を特定したＡｌＧａＡｓ層を設けることにより、リッジを形成する際のエッチングストップ層は０．０１５μｍ以上０．０２μｍ以下に薄く形成してもエッチング選択性を充分に確保することができ、リッジ形成を容易に行うことができる。
【００２６】
また、本発明の方法によれば、エッチングストップ層がクラッド層と同じＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０＜ｚ≦１）で形成されているので、第１のエピタキシャル成長工程でエッチングストップ層を成長させる際、炉の成長温度を変える必要がなく、第１クラッド層、エッチングストップ層、第２クラッド層、第３クラッド層、及びコンタクト層のエピタキシャル成長を連続して行うことができる。つまり、本発明方法によれば、簡便に且つ短時間で半導体レーザ素子の積層構造を形成することができるので、低コストの半導体レーザ素子が実現できる。
【００２７】
本発明方法の好適な実施態様では、第１エッチング工程でエッチングされた積層構造を、大気及び水に曝すことなく、第１エッチング工程から洗浄ステップを経て第２エッチング工程に移行する。
大気及び水に曝すことなく、ウエハを移動させるには、例えば不活性ガス雰囲気或いは真空中でウエハを移動させる。
これにより、リッジ形成プロセス中にウエハを大気や水に曝すことがないので、ウエハ表面の自然酸化が防止され、ウエハ表面の白濁やエッチングむら等のない再現性の良いプロセスが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明によって形成される半導体レーザ素子（第１の半導体レーザとする）は、ＡｌＧ ａＡｓ系材料のリッジストライプ型半導体レーザ素子において、活性層を上下に挟む上部ＡｌＧａＡｓ系クラッド層及び下部ＡｌＧａＡｓ系クラッド層が、それぞれ、活性層に近いＡｌＧａＡｓ系第１クラッド層と、活性層に関しＡｌＧａＡｓ系第１クラッド層の外側に設けられ、かつＡｌＧａＡｓ系第１クラッド層よりＡｌ組成が大きく、屈折率が低いＡｌＧａＡｓ系第２クラッド層とを含む二層以上のクラッド層で構成されていることを特徴としている。
【００２９】
上述した第１の半導体レーザ素子では、第１クラッド層の屈折率が第２クラッド層のクラッド層より高いので、活性層よりしみ出した光は、第１クラッド層内に効率良く閉じ込められ、半導体レーザ素子の光閉じ込め係数が高くなる。
具体的には、第１クラッド層及び第２クラッド層が、それぞれ、Ａｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）層及びＡｌ ｙ Ｇａ １−ｙ Ａｓ（０＜ｙ＜１）層として形成され、かつｘ＜ｙである
【００３０】
本発明によって形成される別の半導体レーザ素子（第２の半導体レーザとする）は、ＡｌＧａＡｓ系材料のリッジストライプ型半導体レーザ素子において、
ＧａＡｓ基板上に、基板と同じ導電型のＡｌ ｙ Ｇａ １−ｙ Ａｓ（０＜ｙ＜１）クラッド層、基板と同じ導電型のＡｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）クラッド層、ノンドープ活性層部、基板と逆導電型のＡｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）第１クラッド層、Ａｌ ｚ Ｇａ １−ｚ Ａｓ（０＜ｚ≦１）エッチングストップ層、基板と逆導電型のＡｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）第２クラッド層、基板と逆導電型のＡｌ ｙ Ｇａ １−ｙ Ａｓ（０＜ｙ＜１）第３クラッド層、及び基板と逆導電型のＧａＡｓコンタクト層からなる積層構造を備え、
それぞれ、第２クラッド層、第３クラッド層、及びコンタクト層が、ストライプ状のリッジとして形成され、
前記エッチングストップ層のＡｌ組成比ｚ、第１クラッド層及び第２クラッド層のＡｌ組成比ｘ、並びに第３クラッド層のＡｌ組成比ｙが、ｘ＜ｚで、かつｘ＜ｙであり、ｘとｚの差が０．０２５以上に設定されていることを特徴としている。
【００３１】
上述した第２の半導体レーザ素子では、第１の半導体レーザの効果に加えて、第１クラッド層及び第２クラッド層のＡｌ組成比ｘとエッチングストップ層のＡｌ組成比ｚの差が０．０２５以上と小さな差であることから、エッチングストップ層での素子抵抗を低減でき、閾値電流の低い半導体レーザ素子が実現できる。
また、第２の半導体レーザ素子で特定したエッチングストップ層を備えることにより、リッジ形成に際し、エッチングストップ層と第２クラッド層との間でエッチング選択性を有するエッチャントの選定が可能になり、例えばクエン酸系エッチャントを選定して、簡易なプロセスで再現性良くリッジを形成することができる。
第２の半導体レーザ素子では、エッチングストップ層がクラッド層と同じＡｌＧａＡｓ系材料で形成されているので、第１クラッド層、エッチングストップ層、第２クラッド層、第３クラッド層、及びコンタクト層のエピタキシャル成長を連続して行うことができる。
【００３２】
また、第２の半導体レーザ素子では、第２クラッド層のエッチングに際し、エッチングストップ層と第２クラッド層との間でエッチング選択性を有するエッチャントの選定、例えばクエン酸系エッチャントの選定を前提として、Ａｌ ｚ Ｇａ １−ｚ Ａｓ（０＜ｚ≦１）エッチングストップ層の膜厚が０．０１５μｍ以上０．０２μｍ以下に設定されている。
エッチングストップ層の膜厚が薄いので、活性層より発生した光に対するエッチングストップ層の屈折率による影響を低減でき、従って半導体レーザ素子の光学特性に及ぼす影響が殆ど生じない。
エッチングストップ層の膜厚が０．０１５μｍ未満ではエッチングストップ層の効果が 乏しく、またエッチングストップ層の効果を奏する上で０．０２μｍ以上にする必要はなく、０．０２μｍ以上にすると、閾値電流が大きくなるという問題が生じる。
【００３３】
尚、リッジの形成に際し、Ａｌ ｚ Ｇａ １−ｚ Ａｓ（０＜ｚ≦１）エッチングストップ層を除去した構造を形成しても良く、また、リッジ形成のためのエッチングが基板と逆型のＡｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）第１クラッド層に至っている構造であってもよい。
【００３４】
また、第２の半導体レーザ素子で、Ａｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）第１クラッド層とＡｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）第２クラッド層のＡｌ組成ｘは、相互に異なっていてもよい。
Ａｌ ｚ Ｇａ １−ｚ Ａｓ（０＜ｚ≦１）エッチングストップ層は、Ａｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）第２クラッド層よりもＡｌ組成が０．０２５以上大きくなっている限り、Ａｌ ｙ Ｇａ １−ｙ Ａｓ（０＜ｙ＜１）第３クラッド層と同じＡｌ組成であってもよい。
【００３５】
第１の半導体レーザ素子によれば、第２クラッド層のＡｌ組成を第１クラッド層のＡｌ組成より大きくして、第１クラッド層の屈折率を第２クラッド層のクラッド層より高くすることにより、活性層よりしみ出した光を第１クラッド層内に効率良く閉じ込めることができ、半導体レーザ素子の光閉じ込め係数を高くすることができる。
【００３６】
第２の半導体レーザ素子によれば、エッチングストップ層のＡｌ組成比ｚ、第１クラッド層及び第２クラッド層のＡｌ組成比ｘ、並び第３クラッド層ｙを、ｘ＜ｚで、かつｘ＜ｙであり、ｘとｚの差が０．０２５以上に設定することにより、第１の発明の効果に加えて、以下の効果を奏することができる。
第２の半導体レーザ素子は、第１クラッド層及び第２クラッド層のＡｌ組成比ｘとエッチングストップ層のＡｌ組成比ｚの差が０．０２５以上と小さな差であることから、エッチングストップ層での素子抵抗を低減でき、閾値電流の低い半導体レーザ素子が実現できる。
また、第２の半導体レーザ素子で特定したエッチングストップ層を備えることにより、リッジ形成に際し、エッチングストップ層と第２クラッド層との間でエッチング選択性を有するエッチャントの選定が可能になり、例えばクエン酸系エッチャントを選定して、簡易なプロセスで再現性良くリッジを形成することができる。
第２の半導体レーザ素子では、エッチングストップ層がクラッド層と同じＡｌＧａＡｓ系化合物半導体層で形成されているので、第１クラッド層、エッチングストップ層、第２クラッド層、第３クラッド層、及びコンタクト層のエピタキシャル成長を連続して行うことができる。
【００３７】
以下に、実施形態例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。尚、以下の実施形態例で示す成膜方法、化合物半導体層の組成及び膜厚、プロセス条件等は、本発明の理解を容易にするための一つの例示であって、本発明はこの例示に限定されるものではない。
半導体レーザ素子の実施形態例
本実施形態例は、本発明に係る半導体レーザ素子の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
本実施形態例の半導体レーザ素子１００は、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ−Ａｌ０．６ＧａＡｓクラッド層１０３、ｎ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層１０４、活性層部１０５、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層１０６、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８、ｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層１０９、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０が、順次、積層形成された積層構造を備えている。
【００３８】
ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８、ｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層１０９、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０は、ストライプ状のリッジ形状に形成され、電流注入領域１２０を構成している。リッジの両側面及び両脇は、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１１で埋め込まれ、電流非注入領域１２１を構成している。
リッジ上面であるｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０及びｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１１の上面にはｐ側電極１１２が形成され、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１の裏面にはｎ側電極１１３が形成されている。
【００３９】
本実施形態例で、一例として、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２の層厚は０．５μｍ、ｎ−Ａｌ０．６ＧａＡｓクラッド層１０３の層厚は１．０μｍ、ｎ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層１０４の層厚は０．６μｍ、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層１０６の層厚は０．３μｍ、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７の層厚は０．０１５μｍ、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８の層厚は０．３μｍ、ｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層１０９の層厚は１．０μｍ、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０の層厚は０．５μｍである。
【００４０】
本実施形態例では、活性層部１０５は、光ガイド層を含む光導波層として構成されたＳＣＨ（Separated Confinement Heterostructure）構造、詳しくは膜厚０．０５μｍのＡｌ０．３ＧａＡｓ光ガイド層と膜厚０．０１μｍのＡｌ０．１ＧａＡｓ活性層とからなるＳＱＷ（Single Quantum Well）構造である。
尚、活性層部１０５の構造は、これに限らず、いかような設計或いは構造であってもよい。
【００４１】
本実施形態例では、活性層部１０５を挟む上下のクラッド層が、それぞれ、Ａｌ０．６ＧａＡｓクラッド層、及びＡｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層の二層で構成されていて、活性層部１０５側のクラッド層がＡｌ０．４７ＧａＡｓで、更にそれを挟む外側クラッド層がＡｌ０．６ＧａＡｓで構成されている。
これにより、活性層部１０５側のクラッド層の屈折率がその外側のクラッド層より大きくなるので、活性層部１０５よりしみ出した光は、活性層部１０５側のクラッド層内に効率よく閉じ込められる。
【００４２】
図７は、本実施形態例の半導体レーザ素子１００の層構造のエネルギー準位を示す図である。半導体レーザ素子１００では、光閉じ込め係数は３．２１６４％となる。
【００４３】
一方、図８に示したエネルギー準位図は、本実施形態例の半導体レーザ素子１００に設けたｎ−Ａｌ０．６ＧａＡｓクラッド層１０３及びｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層１０９を備えていない、１層式のクラッド層構造のエネルギー準位図である。
図８の層構造は、ｎ−Ａｌ０．６ＧａＡｓクラッド層１０３及びｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層１０９に代えて、膜厚１μｍのｎ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層、及びｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層が存在する構造となっていて、従来の半導体レーザ素子に相当する層構造である。
この構造は、活性層部を挟むｎ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層及びｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層を更に挟む低屈折率材料のＡｌ０．６ＧａＡｓクラッド層を備えていない構造であって、この構造の光閉じ込め係数は３．１６４５％である。つまり、従来の半導体レーザ素子では、本実施形態例に比べて、光の閉じ込め効果が弱くなる。
【００４４】
本実施形態例では、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７の膜厚を０．０１５μｍと薄くしたことにより、活性領域で発生した光に対するエッチングストップ層２０７の屈折率による影響が小さくなり、半導体レーザ素子の光学特性に及ぼす影響を低減することができる。
また、本実施形態例では、ｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層１０９とｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８とのＡｌ組成差が０．１３であり、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７とｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８とのＡｌ組成差が０．０８である。これにより、以下の製造方法で説明するように、ストライプ状のリッジ形状を容易に形成することができる。
【００４５】
半導体レーザ素子の製造方法の実施形態例
本実施形態例は、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の実施形態の一例である。図２（ａ）と（ｂ）、図３（ｃ）と（ｄ）、図４（ｅ）と（ｆ）、及び図５は、それぞれ、上述の実施形態例の半導体レーザ素子を製造する際の各工程の層構造を示す断面図である。
第１のエピタキシャル成長工程
先ず、図２（ａ）に示すように、ＭＯＶＰＥ法やＭＯＣＶＤ法等の有機金属気相成長法により、第１のエピタキシャル成長工程で、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ−Ａｌ０．６ＧａＡｓクラッド層１０３、ｎ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層１０４、活性層部１０５、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層１０６、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８、ｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層１０９、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０を順次エピタキシャル成長させ、ダブルヘテロ構造を有する積層体１１６を形成する。
エピタキシャル成長に際しては、ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｓｅ等を、ｐ型ドーパントとしてＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ等を使用する。
【００４６】
リッジ形成工程
〔前工程〕
次に、図２（ｂ）に示すように、上述の積層体１１６の上面、つまりｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０の上面にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により、ＳｉＯ２膜１１４を成膜し、更にＳｉＯ２膜１１４上に写真触刻によりストライプ状のレジストマスク１１５を形成する。
【００４７】
次に、図３（ｃ）に示すように、レジストマスク１１５を用い、エッチング技術によりＳｉＯ２膜１１４をパターニングして、ストライプ状のＳｉＯ２マスク１１４を形成する。ＳｉＯ２マスク１１４を形成した後、レジストマスク１１５を除去する。
【００４８】
次に、ＳｉＯ２マスク１１４を用いてウエットエッチング技術により、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０、ｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層１０９、及びｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８を２段階ウエットエッチングでエッチングして、ストライプ状のリッジを形成する。
【００４９】
〔第１段階のウエットエッチング〕
先ず、第１段階のウエットエッチングで、図３（ｄ）に示すように、エッチャントとして例えば硫酸系のエッチャントを用い、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０をエッチングし、次いでエッチング時間を制御して、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８の途中でエッチングを停止させ、エッチングがＡｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７に達しないようにする。
尚、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８とＡｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７との間で硫酸系のエッチャントによりエッチング選択性を生じさせることは極めて難しい。
【００５０】
第１段階のエッチングで使用するエッチャントの組成は、硫酸（９６％）：過酸化水素水（３１％）：水＝１：８：４０（比は体積比であり、以下、断りの無い限りエッチャント混合液の比は体積比とする）であり、エッチング時間は２分とした。この時間でエッチングを停止させると、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７上に約０．２μｍの膜厚のｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８が残る。
硫酸系のエッチャントを使ったエッチングは、再現性が良くなく、面内均一性を確保することが難しい。つまり、面内不均一にｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８を削ってしまうために、ウエハ面内のエッチングばらつきが大きくなってしまう。従って、このままでは、ウエハ面内で素子ごとにリッジ高さが異なってしまい、屈折率差や放射角特性にバラツキが生ずる。そこで、本実施形態例では、後述の第２段階のエッチングを行う。
【００５１】
第１段階のエッチング後は、流水洗浄及び乾燥を行うことなく、しかも大気や水に曝すことなくクエン酸一水和物（５０ｗｔ％水溶液）からなる洗浄液中にエッチングした積層構造を浸漬し、洗浄液を攪拌しつつウエハ表面にある硫酸系のエッチャントを除去する。攪拌時間は２０秒間であった。
ウエハを移動させる際には、ウエハ表面の乾燥による自然酸化を避けるためにウエハ表面を大気や水に曝さないことが望ましい。
【００５２】
次いで、生成した表面自然酸化膜及び硫酸系のエッチャントを完全に除去するために、引き続いてクエン酸一水和物（５０ｗｔ％水溶液）からなる別の新しい洗浄液中にウエハを浸漬させ、攪拌して、リンス洗浄する。攪拌時間は１分間であった。
別の新しい洗浄液にウエハを移動する際も、ウエハ表面の乾燥による自然酸化を避けるために、ウエハ表面を大気や水に曝さないことが望ましく、流水洗浄も行わない。
【００５３】
〔第２段階のウエットエッチング〕
次いで、第２段階のウエットエッチングに移行する。第２段階のエッチングでは、エッチャントとしてクエン酸：過酸化水素水の混合液を用い、図４（ｅ）に示すように、残りのｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８をＡｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７までエッチングする。
第２段階のエッチングのエッチャントは、クエン酸一水和物（５０ｗｔ％水溶液）：過酸化水素水（３１％）＝１２：１の組成比の混合液を使用し、エッチング時間は２分とした。
【００５４】
クエン酸：過酸化水素水の混合液からなるエッチャントは、Ａｌ０．６ＧａＡｓエッチングストップ層１０７に対してエッチング選択性を有する。つまり、Ａｌ０．６ＧａＡｓエッチングストップ層１０７は表出した時点で急激に酸化され、上述のエッチャントによるエッチング速度が著しく低下して、エッチングストップ層１０７で停止する。
第２段階のウエットエッチングのためにエッチャントにウエハを浸漬する際も、ウエハ表面の乾燥による自然酸化を避けるために、ウエハ表面を大気や水に曝さないことが望ましい。また、前処理の流水洗浄も行わない。
【００５５】
図６にクエン酸一水和物（５０ｗｔ％水溶液）：過酸化水素水（３１％）＝１２：１の混合液からなるエッチャントによるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層のエッチングレートのグラフを示す。
グラフは、横軸にエッチング時間〔分〕、縦軸にエッチング量〔μｍ〕を取り、下から順に、Ａｌ組成ｘが、０．５５、０．５２５、０．５、０．４７５、０．４５、及び０（ＧａＡｓ）のＡｌＧａＡｓ層に対するエッチングレートを示す。
【００５６】
図６のグラフから判るように、Ａｌ組成が低いほど、エッチングレートは速く、Ａｌ０．５ＧａＡｓとＡｌ０．５２５ＧａＡｓでは、大きな選択性を確保できることが分かる。これは、Ａｌ組成が０．５ではエッチングできるものの、Ａｌ組成が０．５２５になると、Ａｌが過酸化水素の酸素と結合し、酸化Ａｌになるために、エッチングできなくなることを示している。
即ち、Ａｌ０．５ＧａＡｓではエッチング効果の方が支配的であるが、Ａｌ０．５２５ＧａＡｓになると、僅か０．０２５のみであるもののＡｌ組成が高くなるために、過酸化水素の酸素との結合による酸化効果の方が支配的になり全く削れなくなってしまう。
従って、上述のエッチャントを使用することにより、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８を選択的にエッチングし、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７でエッチングを停止させることができる。
【００５７】
また、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７上のｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８の膜厚は約０．２μｍであるから、所要エッチング時間は、図６のグラフに基づくと１分程度でよいが、第２段階のエッチング時間は、２分間とした。
これは、前述したように、硫酸系のエッチャントによる第１段階のエッチングでは、ウエハ面内にエッチングのバラツキが生じているので、第２段階のエッチングでは、エッチング時間を若干長めに設定して、エッチングむらを解消しているからである。
【００５８】
また、図６から分かるように、ＧａＡｓのエッチングレートが最も速い。従って、ＳｉＯ２マスク１１４下部でｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０にアンダーカットが、図４（ｅ）に示すように、約０．２μｍ進行する。
また、図６から分かるように、第２段階のエッチングで使用したエッチャントでは、ｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層１０９はエッチングされない。そのために、第１段階のエッチングは、硫酸系エッチャントを使い、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８に至るエッチングを行っている。
【００５９】
本実施形態例のエッチングによるリッジ形成工程では、ウエハ表面を大気や水に曝さないことが重要である。ＡｌＧａＡｓ表面は水や大気などの雰囲気中にさらされると、酸化してしまい、クエン酸系のエッチャントでは最表面の酸化膜の影響で、たちまち削れなくなってしまい、白濁やエッチングむらが生じてしまうからである。
【００６０】
第２エピタキシャル成長工程
次に、図４（ｆ）に示すように、第２のエピタキシャル成長工程で、ＳｉＯ２マスク１１４を用いてリッジ両側面及びリッジ両脇にｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１１を選択的に成長させる。
ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１１は、リッジ斜面及び外部に成長し、ＳｉＯ２マスク１１４上には成長しない。
【００６１】
電極形成工程
次に、図２（７）に示すように、ＳｉＯ２マスク１１４を除去した後、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０及びｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１１上にｐ側電極１１２を形成し、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１の裏面にｎ側電極１１３を形成する。
これにより、図１に示す層構造を有するレーザ用半導体ウエハを得ることが出来る。
このレーザ用半導体ウエハをリッジストライプ方向と垂直方向にヘキ開することにより、一対の共振器反射面を持つ半導体レーザ素子を製造することができる。
【００６２】
本実施形態例の半導体レーザ素子１００では、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８とＡｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７のＡｌ組成差が０．０８と小さな差であるものの、クエン酸を含む本発明で特定したエッチャントを使用することによってエッチング選択性を充分にとることができ、リッジ形成が容易になる。
一方、エッチングストップ層１０７のＡｌ組成が０．５５と大きいので、エッチングストップ層１０７でのキャリアの再結合が抑制され、素子抵抗が低く、動作電圧の低い半導体レーザ素子が実現できる。
また、エッチングストップ層がＡｌＧａＡｓであるから、第１のエピタキシャル成長工程で炉の成長温度を変えることなくエッチングストップ層を成長させることができる。よって、簡便に且つ短時間で積層体１１６を形成することができるので、半導体レーザ素子を低コストで製造することができる。
【００６３】
また、本実施形態例の製造方法によれば、リッジ形成の際に、クエン酸水溶液と過酸化水素水の混合液を含めた二種類以上のエッチャントを使用し、リッジ形成プロセス中にウエハを大気中に曝すことがないので、ウエハ表面の自然酸化が防止され、ウエハ表面の白濁やエッチングむら等のない再現性の良いエッチングプロセスが可能となる。
【００６４】
また、本実施形態例では、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７のｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８に対するＡｌ組成差を０．０８としたが、このＡｌ組成差は０．０２５以上であり、クエン酸一水和物（５０ｗｔ％水溶液）：過酸化水素水（３１％）の組成比をエッチング選択性がとれる値にすれば、Ａｌ組成差及びエッチャントの組成比には、制約はない。
【００６５】
例えば、図９に示すように、クエン酸一水和物（５０ｗｔ％水溶液）：過酸化水素水（３１％）＝１１：１の混合液からなるエッチャントを使ったとき、Ａｌ０．４７５ＧａＡｓとＡｌ０．５ＧａＡｓで大きな選択性が取れることが分かる。
図９は、クエン酸一水和物（５０ｗｔ％水溶液）：過酸化水素水（３１％）＝１１：１の混合液のエッチャントによるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層のエッチングレートのグラフであって、横軸にエッチング時間〔分〕、縦軸にエッチング量〔μｍ〕を取り、下から順に、Ａｌ組成ｘが、０．５５、０．５２５、０．５、０．４７５、０．４５、及び０（ＧａＡｓ）のＡｌＧａＡｓ層に対するエッチングレートを示す。
【００６６】
また、本実施形態例では、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１１をリッジ斜面及びリッジ脇に成長させ、リッジを埋め込む形状としたが、リッジは導波機構の設計上いかような形状としてもよい。
また、本実施形態例では、Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層１０７をリッジ脇に残す構造としたが、これを除去した構造としてもよい。
更に、本実施形態例では、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層１０６とｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層１０８のＡｌ組成を同じにしているが、異なっていてもよい。また、ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層のＡｌ組成は、エッチングストップ層を兼ねる値であってもよく、エッチングストップ層と同一のものであっても良い。
また、本実施形態例では、基板としてｎ−ＧａＡｓ基板を用いているが、これに限らず、ｐ−ＧａＡｓ基板を用いて形成してもよいことは言うまでもない。
【００６７】
【発明の効果】
本発明方法によれば、コンタクト層、第３クラッド層、及び第２クラッド層の途中まで例えば硫酸系エッチャントでウエットエッチングする第１エッチング工程と、第２クラッド層の残部をエッチングストップ層までクエン酸水溶液と過酸化水素水との混合液からなるエッチャントでウエットエッチングする第２エッチング工程とで、リッジ形成工程を構成している。これにより、以下の効果を奏することができる。
本発明方法では、クエン酸水溶液と過酸化水素水との混合液からなるエッチャントでウエットエッチングすることが難しい第３クラッド層及びＧａＡｓコンタクト層を第１エッチング工程で硫酸系エッチャントでウエットエッチングし、次いでエッチングストップ層に対してエッチング選択性を有するエッチャントで第２クラッド層の残部を除去して、リッジを形成する。
第１エッチング工程で、エッチングの面内均一性が良好でなく、エッチングむらが生じていても、第２エッチング工程で良好な面内均一性でエッチングできるので、半導体レーザ素子の特性がばらつくようなことが生じない。
【００６８】
本発明方法によれば、エッチングストップ層として上述のようにＡｌ組成を特定したＡｌＧａＡｓ層を設けることにより、リッジを形成する際のエッチングストップ層は０．０１５μｍ以上０．０２μｍ以下に薄く構成してもエッチング選択性を充分にとることができ、リッジ形成が容易にできる。
また、本発明の方法によれば、エッチングストップ層がクラッド層と同じＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０＜ｚ≦１）で形成されているので、第１のエピタキシャル成長工程でエッチングストップ層を成長させる際、炉の成長温度を変える必要がなく、第１クラッド層、エッチングストップ層、第２クラッド層、第３クラッド層、及びコンタクト層のエピタキシャル成長を連続して行うことができる。つまり、本発明方法によれば、簡便に且つ短時間で半導体レーザ素子の積層構造を形成することができるので、低コストの半導体レーザ素子が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態例の半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図２】 図２（ａ）と（ｂ）は、それぞれ、実施形態例の半導体レーザ素子を製造する際の各工程の層構造を示す断面図である。
【図３】 図３（ｃ）と（ｄ）は、それぞれ、図２（ｂ）に続いて実施形態例の半導体レーザ素子を製造する際の各工程の層構造を示す断面図である。
【図４】 図４（ｅ）と（ｆ）は、それぞれ、図３（ｄ）に続いて実施形態例の半導体レーザ素子を製造する際の各工程の層構造を示す断面図である。
【図５】 図４（ｆ）に続いて実施形態例の半導体レーザ素子を製造する際の各工程の層構造を示す断面図である。
【図６】 クエン酸一水和物（５０ｗｔ％水溶液）：過酸化水素水（３１％）＝１２：１の混合液からなるエッチャントによるＡｌｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ層のエッチングレートのグラフである。
【図７】 実施形態例の半導体レーザ素子の層構造のエネルギー準位を示す図である。
【図８】 従来の半導体レーザ素子の層構造のエネルギー準位を示す図である。
【図９】 クエン酸一水和物（５０ｗｔ％水溶液）：過酸化水素水（３１％）＝１１：１の混合液のエッチャントによるＡｌｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ層のエッチングレートのグラフである。
【図１０】 従来の半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図１１】 図１１（ａ）と（ｂ）は、それぞれ、従来の半導体レーザ素子を製造する際の各工程の層構造を示す断面図である。
【図１２】 図１２（ｃ）と（ｄ）は、それぞれ、図１１（ｂ）に続いて実施形態例の半導体レーザ素子を製造する際の各工程の層構造を示す断面図である。
【図１３】 図１３（ｅ）と（ｆ）は、それぞれ、図１２（ｄ）に続いて実施形態例の半導体レーザ素子を製造する際の各工程の層構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１００……実施形態例の半導体レーザ素子、１０１……ｎ−ＧａＡｓ基板、１０２……ｎ−ＧａＡｓバッファ層、１０３……ｎ−Ａｌ０．６ＧａＡｓクラッド層、１０４……ｎ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層、１０５……活性層部、１０６……ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層、１０７……ｐ−Ａｌ０．５５ＧａＡｓエッチングストップ層、１０８……ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層、１０９……ｐ−Ａｌ０．６ＧａＡｓ第３クラッド層、１１０……ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、１１１……ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層、１１２……ｐ側電極、１１３……ｎ側電極、１１４……ＳｉＯ２膜、ＳｉＯ２マスク、１１５……レジストマスク、１１６……積層体、１２０……電流注入領域、１２１……電流非注入領域、２００……従来の半導体レーザ素子、２０１……ｎ型ＧａＡｓ基板、２０２……ｎ−ＧａＡｓバッファ層、２０３……ｎ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓクラッド層、２０４……活性層部、２０５……ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第１クラッド層、２０６……エッチングストップ層、２０７……ｐ−Ａｌ０．４７ＧａＡｓ第２クラッド層、２０８……ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、２１０……積層体、２１１……ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層、２１２……ｐ側電極、２１３……ｎ側電極、２１４……ＳｉＯ２膜、ＳｉＯ２マスク、２１５……レジストマスク、２２０……電流注入領域、２２１……電流非注入領域。
Claims (2)
- ＡｌＧａＡｓ系材料のリッジストライプ型半導体レーザ素子の製造方法において、
活性層部上に、Ａｌｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）第１クラッド層、Ａｌｚ Ｇａ１−ｚ Ａｓ（０＜ｚ≦１）エッチングストップ層、Ａｌｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）第２クラッド層、Ａｌｙ Ｇａ１−ｙ Ａｓ（０＜ｙ＜１）第３クラッド層、及びＧａＡｓコンタクト層からなる積層構造であって、
エッチングストップ層のＡｌ組成比ｚ、第１クラッド層及び第２クラッド層のＡｌ組成比ｘ、並びに第３クラッド層のＡｌ組成比ｙが、ｘ＜ｚで、かつｘ＜ｙであり、ｘとｚの差が０．０２５以上に設定されている積層構造を形成する工程と、
コンタクト層、第３クラッド層、及び第２クラッド層をウエットエッチングして、ストライプ状のリッジを形成する工程とを有し、
リッジ形成工程では、コンタクト層、第３クラッド層及び第２クラッド層の途中までウエットエッチングする第１エッチング工程と、
第１エッチング工程でエッチングされた積層構造をクエン酸水溶液で浸漬洗浄する洗浄工程と、
前記洗浄された積層構造における第２クラッド層の残部をエッチングストップ層までクエン酸水溶液と過酸化水素水との混合液からなるエッチャントでウエットエッチングする第２エッチング工程とを連続して行う
ことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 - 第１エッチング工程でエッチングされた積層構造を、大気及び水に曝すことなく、第１エッチング工程から洗浄工程を経て第２エッチング工程に移行することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (6)
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| JP2003014451A JP4089446B2 (ja) | 2003-01-23 | 2003-01-23 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
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