JP2005310916A - 半導体発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 水平広がり角θ//が正確に設定された埋め込み型半導体発光装置を高い歩留まりをもって製造することができるようにする。
【解決手段】 基体１上に少なくとも第１導電型クラッド層３と、活性層７と、第２導電型クラッド層９、１１と、第２導電型コンタクト層１３とを有する積層半導体層の第１のエピタキシャル成長工程と、積層半導体層に所要の幅のストライプリッジ２２を形成するリッジ溝２１形成工程と、リッジ溝２１にストライプリッジ２２の両側面を埋め込む埋め込み電流阻止層１４を形成する第２のエピタキシャル成長工程とを有し、目的とする発光の水平広がり角θ//を得るための上記第１のエピタキシャル成長工程およびリッジ溝形成工程におけるそれぞれの設計からのずれを、第２のエピタキシャル成長工程における成長条件の選定によって補償して目的とする水平広がり角θ//を有する半導体発光装置を得る方法をとる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体発光装置、特に埋め込み型半導体レーザの製造に適用して好適な半導体発光装置の製造方法に関する。

半導体発光装置、例えばＤＶＤ（Digital Versatile Disc）の記録再生用の光源としては、６５０ｎｍ帯の半導体レーザ例えばＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが用いられる。
また、ＤＶＤ等の光記録再生において、再生時には低出力例えば５ｍＷのレーザ光によって再生がなされるが、記録時には、例えば１００ｍＷの高出力レーザ光が要求される。この種の半導体発光装置としては、電流集中がなされるストライプリッジを囲んで電流阻止層が形成された埋め込み型半導体レーザが用いられる。

ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザにおける上述した埋め込み電流阻止層としては、このＡｌＧａＩｎＰ系の活性層からの発光の吸収によるロスを回避することができるＡｌＩｎＰによる電流阻止層が用いられる。

一方、各種用途、例えばＤＶＤにおいては、発光の水平広がり角θ//が、規格化されていることから、その製造においては、目的とする規格内に水平広がり角θ//が収まる特性を有する半導体レーザの製造が必要となる。
このような目的とする水平広がり角θ//を得ることができる半導体レーザの構造については、種々の提案がなされている（例えば特許文献１）。

しかしながら、最終的に目的とする水平広がり角θ//を得るためには、予め設計された制御パラメータの下での製造がなされることが必要である。ところが、実際には、製造現場において、諸々の事情によって、設計された制御パラメータの値をもって製造できない場合があり、この場合、目的とする水平広がり角θ//が得られない半導体レーザを、不本意ながら製造してしまう。

図１を参照して更に説明すると、図１は、埋め込み型半導体発光装置の一例の概略断面図で、この場合、基体１上に、バッファ層２、第１導電型第１クラッド層３、ＭＭ（Mode Modify）井戸層４、第１導電型第２クラッド層５、第１ガイド層６、例えば多重量子井戸構造（ＭＱＷ）による活性層７、第２ガイド層８、厚さｄ１の第２導電型第１クラッド層９、光ガイド層１０、厚さｄ２の第２導電型第２クラッド層１１、中間層１２、コンタクト層１３が順次エピタキシャル成長される（このエピタキシャル成長を第１のエピタキシャル成長と呼称する）。

次に、コンタクト層１３、中間層１２および第２導電型第２クラッド層１１に渡る深さにストライプリッジ２２を形成するためのリッジ溝２１を所要の間隔をもって形成するリッジ溝形成工程がなされる。
このリッジ溝２１形成は、正確な形状のエッチングを行うことができる異方性エッチングと、光ガイド層１０によって実質的にエッチングの停止を良好に行うことができるウエットエッチングとの組み合わせによって行う。
このリッジ溝２１の形成は、まず、上述した第１のエピタキシャル成長による積層半導体層上に、すなわちコンタクト層１３上に、例えばＳｉＯ_２によるマスク層を、目的とするストライプリッジ２２の形成位置およびパターンに形成する。
このマスク層をエッチングマスクとして第２導電型第２クラッド層１１の厚さｄ２より浅く、充分薄い所要の厚さｄ２ｓを残す深さに、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等による異方性エッチングを行う。
その後ウエットエッチングによって光ガイド層１０によってエッチングストップがなされる深さ、すなわち、第２導電型第２クラッド層１１の全厚さに至るエッチングを行う。
このようにして、所定の深さを有するリッジ溝２１間に、高い精度に所定のパターンのストライプリッジ２２を所定の高さをもって形成する。

そして、リッジ溝２１に、埋め込み電流阻止層１４をエピタキシャル成長する（このエピタキシャル成長を第２のエピタキシャル成長と呼称する）。
このようにして、ストライプリッジ２２の側面を埋め込み電流阻止層１４によって埋め込む。
コンタクト層１３上には、第１電極３１がオーミックに被着され、基体１の裏面には、第２電極３２がオーミックに被着される。

通常、この方法によって、目的とする所定の水平広がり角θ//が得られる半導体レーザを製造するには、上述した第１のエピタキシャル成長工程に際して、予め設計された製造条件下でのエピタキシャル成長がなされる。
記録媒体の製造においては、具体的には、ＤＯＥ（Design of Experimentation:実験計画法）の重回帰式より水平広がり角θ//の最適条件を決定する。
制御すべきパラメータは、上述した第１のエピタキシャル成長工程では、
（１）歪みΔａ／ａ（ｐ）
（ａ（ｐ）は、第２導電型クラッド層９および１１の格子定数、Δａは、これと基体１の格子定数との差）
（２）活性層近傍（活性層７とこれを挟む第１および第２のガイド層６および８）のドーピング濃度Ｎｄ
（３）第２導電型第１クラッド層９の厚さｄ１
（４）Zｎ（ｐ型不純物）の非ドーピング部の厚さ
であり、ストライプリッジを形成するリッジ溝の形成工程では、
（５）ストライプリッジ２２の幅
（６）リッジ溝形成工程における異方性エッチングにおける第２導電型第２クラッド層１１の上述した残り厚さｄ２ｓ
である。

このように、半導体発光装置の製造過程においては、目的とする水平広がり角θ//を得るために、予め選定された最適条件によって製造条件の設定がなされる。
ところが、この方法によって製造した半導体発光装置は、目的とする水平広がり角θ//を有する半導体発光装置が、高い歩留まりで得られないという問題が生じている。
すなわち、通常においては、これら制御パラメータについて、実際の製造装置、そのほか諸条件によって、目的の条件が得られない場合が発生する。しかし、この場合においても、上述した第２のエピタキシャル成長工程が続行される。
したがって、最終的に得られた半導体発光装置においては、目的とする範囲、すなわち規格に合わない水平広がり角θ//を有する半導体発光装置が製造される場合があり、歩留まりの低下を来たす。

特開２００２−２４６６９２号

本発明においては、水平広がり角θ//が正確に所定の範囲内に収まるように設定された半導体発光装置を、高い歩留まりをもって製造することができるようにした半導体発光装置の製造方法を提供する。

本発明による半導体発光装置の製造方法は、埋め込み型半導体発光装置の製造方法であって、基体上に少なくとも第１導電型クラッド層と、活性層と、第２導電型クラッド層と、第２導電型コンタクト層とを有する積層半導体層の第１のエピタキシャル成長工程と、上記積層半導体層に所要の幅のストライプリッジを形成するリッジ溝形成工程と、上記リッジ溝に上記ストライプリッジの両側面を埋め込む埋め込み電流阻止層を形成する第２のエピタキシャル成長工程とを有し、目的とする範囲の発光の水平広がり角θ//を得るための上記第１のエピタキシャル成長工程および上記リッジ溝形成工程におけるそれぞれの設計パラメータからのずれを、上記第２のエピタキシャル成長工程における成長条件の選定によって補償して目的とする範囲内の水平広がり角θ//を有する半導体発光装置を得ることを特徴とする。

また、本発明製造方法は、上述の半導体発光装置の製造方法にあって、上記第１のエピタキシャル成長工程において、上記第２導電型クラッド層を形成する、第２導電型第１クラッド層と第２導電型第２クラッド層のエピタキシャル成長と、これら第２導電型第１クラッド層と第２クラッド層のエピタキシャル成長との間に光ガイド層のエピタキシャル成長とを有し、上記リッジ溝形成工程において、異方性エッチングによる第１のエッチング工程と、ウエットエッチングによる第２のエッチング工程とを有し、上記第１のエッチング工程は、上記第２導電型第２クラッド層を、該第２クラッド層の全厚さｄ２に比して充分小なる厚さのｄ２ｓだけ残す深さにエッチングし、上記第２のエッチング工程は、上記光ガイド層によって規定される上記第２クラッド層の全厚さに渡る深さにエッチングすることを特徴とする。

また、本発明製造方法は、上述の半導体発光装置の製造方法にあって、上記半導体発光装置が、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光装置であり、上記埋め込み電流阻止層にＡｌを含む半導体層を有し、上記第２のエピタキシャル成長工程における成長条件の選定による補償を、上記Ａｌの原料供給量と、上記電流阻止層の濃度の制御によって行うことを特徴とする。

上述したように、本発明においては、第１のエピタキシャル成長工程と、リッジ溝形成工程、すなわちストライブリッジの形成工程において、通常のように、目的とする水平広がり角θ//が得られる半導体発光装置を得る製造条件下で行うものであるが、このとき、不本意にこの条件から外れる条件で各工程がなされる場合、この条件のずれを勘案し、これに応じて第２のエピタキシャル成長工程製造条件の調整、具体的には、水平広がり角θ//の決定に関与し得る原料流量、濃度の調整を行うようにすることから、最終的に目的とする水平広がり角θ//を有する半導体発光装置を高い歩留まりをもって製造することができるものである。

図面を参照して本発明による半導体発光装置、すなわち埋め込み型半導体発光装置の製造方法の実施の形態を説明する。
この形態例においては、前述した図１に概略断面図を示した半導体レーザ、特にＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザによる半導体発光装置を製造する場合の実施の形態例で、図２〜図４の工程図を参照して説明するが、本発明製造方法および各部の構成材は、この実施形態例に限定されるものではない。

この場合、共通の基体１に複数の半導体レーザ素子を形成し、分断することによって図１で示した半導体発光装置を得る場合である。
先ず、図２Ａに示すように、第１導電型（例えばｎ型、以下同様）の例えばＧａＡｓ基板による基体１すなわちウエーハ上に、ＧａＩｎＰによる第１導電型のバッファ層２、ＡｌＧａＩｎＰによる第１導電型第１クラッド層３、ＧａＩｎＰによるＭＭ井戸層４、ＡｌＧａＩｎＰによる第１導電型第２クラッド層５、第１導電型の第１ガイド層６、ＧａＩｎＰとＡｌＧａＩｎＰとの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）構造によるによる第１導電型の活性層７、第２導電型（例えばｐ型、以下同様）の第２ガイド層８、ＡｌＧａＩｎＰによる厚さｄ２の第２導電型第１クラッド層９、第２導電型のＧａＩｎＰによる光ガイド層１０、ＡｌＧａＩｎＰによる第２導電型第２クラッド層１１、第２導電型のＧａＩｎＰによる中間層１２、第２導電型のＧａＡｓによるコンタクト層１３が順次連続的にエピタキシャル成長される（これらエピタキシャル成長を、第１のエピタキシャル成長と呼称する）。

次に、図１で示したストライプ状の電流注入領域を構成するストライプリッジ２２を形成するリッジ溝のエッチングのためのマスク層１５を形成する。
このマスク層１５の形成は、第１のエピタキシャル成長による積層半導体層上、すなわちコンタクト層１３上に、例えばＳｉＯ_２によるマスク層を全面的に形成し、フォトリソグラフィ技術によるパターンエッチングによって、図２Ａに示すように、ストライプリッジの形成位置およびパターンに形成する。

次に、図２Ｂに示すように、マスク層１５をエッチングマスクとして、コンタクト層１３、中間層１２および第２導電型第２クラッド層１１に渡る深さに、第１のエッチングを、第２導電型第２クラッド層１１の厚さｄ１より浅く、所要の厚さｄ２ｓを残す深さに、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等による異方性エッチングを行う。

その後、図３Ａに示すように、マスク層１５をエッチングマスクとしてウエットエッチングによる第２のエッチングを行って光ガイド層１０によるエッチング速度が低下する位置でエッチングを停止し、所定の深さすなわち、第２導電型第２クラッド層１１の全厚さｄ１に至るエッチングを行う。
このようにして、これらリッジ溝２１間に、高い精度に所定のパターンのストライプリッジ２２を所定の幅および深さに形成する。

そして、図３Ｂに示すように、リッジ溝２１に、上述した例えばＳｉＯ_２によるマスク層１５を選択的エピタキシャル成長のマスクとして、埋め込み下地層２０、第１埋め込み層１４１、第２埋め込み層１４２をエピタキシャル成長して、埋め込み電流阻止層１４をエピタキシャル成長する（このエピタキシャル成長を第２のエピタキシャル成長と呼称する）。
このようにして、ストライプリッジ２２の側面を埋め込み電流阻止層１４によって埋め込む。

次に、図４に示すように、マスク層１５を、エッチング除去し、コンタクト層１３上には、第１電極３１をオーミックに被着し、基体１の裏面に、第２電極３２がオーミックに被着して、図４に鎖線ａに沿って例えば各ストライプリッジ２２に関して、分断することによって、それぞれ図１で示した例えば単体の半導体レーザによる半導体発光装置を形成する。
上述した第１および第２のエピタキシャル成長は、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）によることができ、この場合の原料は、例えばＡｌの原料としては、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｇａの原料としては、ＴＭＧ(トリメチルガリウム)、Ｉｎの原料としては、ＴＭＩｎ(トリメチルインジウム)、りん（Ｐ）の原料としてはフォスフィンＰＨ_３を用いることができる。

通常、この方法によって、目的とする所定の水平広がり角θ//が得られる半導体レーザを製造するには、前述したように、第１のエピタキシャル成長工程に際して、予め設計された製造条件下でのエピタキシャル成長がなされる。
具体的には、ＤＯＥ（Design of Experimentation:実験計画法）の重回帰式より水平広がり角θ//の最適条件を決定する。
制御すべきパラメータは、上述した第１のエピタキシャル成長工程では、
（１）歪みΔａ／ａ（ｐ）
（ａ（ｐ）は、第２導電型クラッド層９および１１の格子定数、Δａは、これと基体１の格子定数との差）
（２）活性層近傍（活性層７とこれを挟む第１および第２のガイド層６および８）のドーピング濃度Ｎｄ
（３）第２導電型第１クラッド層９の厚さｄ１
（４）Zｎ（ｐ型不純物）の非ドーピング部の厚さ
である。
また、ストライプリッジ２２を形成するリッジ溝２１の形成工程では、
（５）ストライプリッジ２２の幅
（６）リッジ溝形成工程における異方性エッチングにおける第２導電型第２クラッド層１１の上述した残り厚さｄ２ｓ。

本発明においては、上述した第１のエピタキシャル成長工程およびリッジ溝２１の形成工程におけるこれら制御パラメータに関する設計からのずれの情報は、各工程の現場で、知り得るパラメータであることから、この情報に基く、ずれに対処して、第２のエピタキシャル成長工程において、次の制御パラメータによってそのずれの補償を行う。

すなわち、この第２のエピタキシャル成長において、
（７）第１埋め込み層１４１のＡｌの原料ＴＭＡの供給量、
（８）第１の埋め込み領域１４１の不純物濃度
の制御によって上述した補償を行う。

図５は、目的とする水平広がり角θ//の規格が、出力５ｍＷにおいて７．５°〜８．５°の範囲内とする場合における、作業ロットにおける水平広がり角θ//を示す図である。
図５において、横軸に作業ロットを、縦軸に水平広がり角θ//を示し、直線ａ１およびａ２間が、水平広がり角θ//７．５°〜８．５°の範囲である。
また、横軸において直線ｂより左側は、前述した第１のエピタキシャル成長においてのみパラメータ制御を行った作業ロット、すなわち、いわば従来方法による作業ロットであり、直線ｂより右側が第２のエピタキシャル成長において補償のパラメータ制御を行った本発明方法による作業ロットである。
そして、図５において、ひし形黒印◆は、先行ＦＣ(先行ＦＣ（ＦＣ：Final Check）とは、半導体レーザを形成する前述したウエーハの一部を切り出し、これについて最終工程までを行って、水平広がり角θ//を測定した値)による水平広がり角θ//をプロットしたものである。
そして、本発明においては、直線ｂより左側の従来の第１のエピタキシャル成長でのみパラメータ制御を行ったときのデータをもとに、ＤＯＥをかけて第２のエピタキシャル成長におけるＡｌ濃度を変化させることによって、水平広がり角θ//が変化することが見出されたことにより、この知見により、第２のエピタキシャル成長において）パラメータ（Ａｌ濃度）の制御によって水平広がり角θ//を予測するものであり、白四角□印は、この予測値をプロットしたものである。
図５の直線ｂより右側の本発明方法における黒印◆と□印とを対比して明らかなように、本発明方法によるときは、従来に比し、格段に目的の水平広がり角θ//を有する半導体レーザが得られることが分かる。

これによって明らかなように、本発明方法によるときは、従来方法におけるときに比し、目的とする水平広がり角θ//を有する半導体レーザを高い歩留まりで製造できる。
因みに、従来方法による場合、θ//不良率６５％程度である場合、本発明方法によるときは、７％程度とすることができた。

本発明製造方法によるときは、高い歩留まりをもって目的とする水平広がり角θ//を有する半導体レーザ、すなわち半導体発光装置を得ることができる。

上述の例では、単体半導体レーザについて説明したが、半導体レーザを回路素子とする半導体集積回路等に適用するなど種々の例に適用することができるものである。

本発明によって得る半導体発光装置の一例の概略断面図である。 ＡおよびＢは、本発明製造方法の一例の一部の工程図である。 ＡおよびＢは、本発明製造方法の一例の一部の工程図である。 ＡおよびＢは、本発明製造方法の一例の一部の工程図である。 従来方法および本発明方法によって得た水平広がり角θ//の測定結果を示す図である。

符号の説明

１・・・基体、２・・・バッファ層、３・・・第１導電型第１クラッド層、４・・・ＭＭ−井戸層、５・・・第1導電型第２クラッド層、６・・・第１ガイド層６、７・・・活性層、８・・・第２ガイド層、９・・・第２導電型第１クラッド層、１０・・・光ガイド層、１１・・・第２導電型第２クラッド層、１２・・・中間層、１３・・・コンタクト層、１４・・・埋め込み電流阻止層、１４１・・・第１埋め込み層、１４２・・・第２埋め込み層、１５・・・マスク層、２０・・・埋め込み下地層、２１・・・リッジ溝、２２・・・ストライプリッジ、３１・・・第１電極、３２・・・第２電極

Claims (3)

1. 埋め込み型半導体発光装置の製造方法であって、
   基体上に少なくとも第１導電型クラッド層と、活性層と、第２導電型クラッド層と、第２導電型コンタクト層とを有する積層半導体層の第１のエピタキシャル成長工程と、
   上記積層半導体層に所要の幅のストライプリッジを形成するリッジ溝形成工程と、
   上記リッジ溝に上記ストライプリッジの両側面を埋め込む埋め込み電流阻止層を形成する第２のエピタキシャル成長工程とを有し、
   目的とする範囲の発光の水平広がり角θ//を得るための上記第１のエピタキシャル成長工程および上記リッジ溝形成工程におけるそれぞれの設計パラメータからのずれを、上記第２のエピタキシャル成長工程における成長条件の選定によって補償して目的とする範囲内の水平広がり角θ//を有する半導体発光装置を得ることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
2. 上記第１のエピタキシャル成長工程において、上記第２導電型クラッド層を形成する、第２導電型第１クラッド層と第２導電型第２クラッド層のエピタキシャル成長と、これら第２導電型第１クラッド層と第２クラッド層のエピタキシャル成長との間に光ガイド層のエピタキシャル成長とを有し、
   上記リッジ溝形成工程において、異方性エッチングによる第１のエッチング工程と、ウエットエッチングによる第２のエッチング工程とを有し、
   上記第１のエッチング工程は、上記第２導電型第２クラッド層を、該第２クラッド層の全厚さｄ２に比して充分小なる厚さのｄ２ｓだけ残す深さにエッチングし、
   上記第２のエッチング工程は、上記光ガイド層によって規定される上記第２クラッド層の全厚さに渡る深さにエッチングすることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置の製造方法。
3. 上記半導体発光装置が、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光装置であり、上記埋め込み電流阻止層にＡｌを含む半導体層を有し、
   上記第２のエピタキシャル成長工程における成長条件の選定による補償を、上記Ａｌの原料供給量と、上記電流阻止層の濃度の制御によって行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置の製造方法。

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