JP2008053311A - 半導体光デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウムを含む中間半導体層が酸素を含む雰囲気でアルミニウム化合物を形成するのを防止し、しかもストライプ頂面と中間半導体層の幅を実用的な範囲で両立させることのできる半導体光デバイスの製造方法を提案する。
【解決手段】アルミニウムを含む中間半導体層に達しない範囲で、上部半導体層の端部に第１ストライプ側壁を形成する工程、第１ストライプ側壁の形成後に、結晶成長装置内において、ハロゲンを含むガスを用いて、中間半導体層の端部および上部半導体層と下部半導体層が中間半導体層と隣接する隣接部分の端部に第２ストライプ側壁を形成する工程、および第２ストライプ側壁の形成に続き、結晶成長装置内において、第２ストライプ側壁に、中間半導体層の端部と隣接部分の端部に接合する保護埋込部を有する埋込半導体層を形成する工程を含む。
【選択図】図２

Description

この発明は、半導体レーザなどの半導体光デバイスの製造方法に関するもので、特にストライプ側壁を有する半導体光デバイスの製造方法に関するものである。

ストライプ側壁を有する半導体光デバイスでは、活性層がストライプ側壁に延びるように形成される。このストライプ側壁を有する半導体光デバイスでは、ストライプ側壁を覆うように、埋込半導体構造が形成され、電流がストライプ側壁の内部に狭窄される。

活性層がアルミニウムを含む半導体光デバイスでは、ストライプ側壁を形成した後に、活性層が酸素を含むガスまたは不純物に曝されると、ストライプ側壁に露出した活性層中のアルミニウムが、酸化物などのアルミニウム化合物となる。このアルミニウム化合物は、埋込半導体構造の結晶成長を阻害し、半導体光デバイスの無効電流および損失の増大を招き、半導体光デバイスの初期特性および長期信頼性を悪化させる要因となる。

特開２００５−１５０１８１号公報（特許文献１）には、アルミニウムを含む活性層を用いる半導体レーザにおいて、ストライプ側壁を形成した後に、埋込半導体構造を形成する前に、結晶成長装置内で、ハロゲンを含むガスを用いてストライプ側壁を清浄化するものが開示されている。また、特開平７−２６３３５５号公報（特許文献２）の図１２、図１３には、アルミニウムを含む活性層を用いる半導体レーザにおいて、結晶成長装置内で、ドライエッチングにより、ストライプ側壁を形成するものが開示されている。

特開２００５−１５０１８１号公報 特開平７−２６３３５５号公報の図１２、図１３とその説明

しかし、特許文献１に開示されたものでは、付着したアルミニウム化合物を安定して除去するのが困難である。また特許文献２に開示されたものでは、ストライプ側壁の全体がほぼ４５度の傾斜を持つため、必要なストライプ頂部の幅と、活性層の幅とを両立させることが困難であり、また長時間のドライエッチングが必要である。

この発明は、このような問題を改善することのできる半導体光デバイスの製造方法を提案するものである。

この発明による半導体光デバイスの製造方法は、下部半導体層上にアルミニウムを含む中間半導体層を形成し、この中間半導体層上に上部半導体層を形成する第１工程と、前記中間半導体層に達しない範囲で、前記上部半導体層をエッチングして、前記上部半導体層の端部に第１ストライプ側壁を形成する第２工程、前記第１ストライプ側壁の形成後に、結晶成長装置内において、ハロゲンを含むガスを用いて、前記中間半導体層とともに、前記上部半導体層と下部半導体層が前記中間半導体層と隣接する隣接部分をエッチングし、前記中間半導体層および前記隣接部分の端部に第２ストライプ側壁を形成する第３工程、および前記第２ストライプ側壁の形成に続き、前記結晶成長装置内において、前記第２ストライプ側壁に、前記中間半導体層の端部と前記隣接部分の端部に接合する保護埋込部を有する埋込半導体層を形成する第４工程を含むことを特徴とする。

この発明による半導体光デバイスの製造方法では、第１ストライプ側壁の形成後に、結晶成長装置内において、ハロゲンを含むガスを用いて、前記中間半導体層とともに、前記上部半導体層と下部半導体層が前記中間半導体層と隣接する隣接部分をエッチングし、前記中間半導体層および前記隣接部分の端部に第２ストライプ側壁を形成するので、ストライプ頂面の幅を、中間半導体層の幅に近づけ、それらの幅を実用可能な範囲で両立させることができ、また第２ストライプ側壁のエッチング時間を短縮できる。加えて、第２ストライプ側壁の形成に続き、結晶成長装置内において、第２ストライプ側壁に、中間半導体層と前記隣接部分の端部に接合する保護埋込部を有する埋込半導体層を形成するので、中間半導体層のアルミニウムが酸素と反応するのを防止し、半導体光デバイスの無効電流および損失の増大を防止して、半導体光デバイスの初期特性および長期信頼性を向上することができる。

以下この発明のいくつかの実施の形態について、図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明による半導体光デバイスの製造方法の実施の形態１で製造された半導体光デバイスを示す断面図であり、図２は、この実施の形態１の半導体光デバイスの製造方法を、製造工程順に示す断面図である。

図１に示す半導体光デバイス１００は、半導体レーザであり、半導体積層構造１０と、埋込半導体構造２０と、上部電極層３１と、上部電極３２と、下部電極３３を有する。

半導体積層構造１０は、下部半導体層１と、中間半導体層４と、上部半導体層５を有する。下部半導体層１は、半導体基板２と、この半導体基板２の上にこの半導体基板２に接合して形成された下クラッド層３を有する。半導体基板２と下クラッド層３は、ともに、例えばｎ型のＩｎＰで構成される。半導体基板２は基板面２ａを有する。中間半導体層４は、半導体レーザの活性層であり、下クラッド層３の上にこの下クラッド層３に接合して形成される。この中間半導体層４は、アルミニウムを含み、例えば複数のＡｌＧａＩｎＡｓ層からなる量子井戸構造として構成される。上部半導体層５は上クラッド層であり、中間半導体層４の上にこの中間半導体層４と接合して形成される。この上部半導体層５は、例えばｐ型のＩｎＰで構成される。

半導体積層構造１０には、ストライプ構造１１が形成される。このストライプ構造１１は、ストライプ頂面１２と、一対のストライプ側壁１３と有する。ストライプ頂面１２は、上部半導体層５の上面に、基板面２ａと平行に形成される。このストライプ頂面１２の幅をＷｔとする。一対のストライプ側壁１３は、エッチングにより形成され、ストライプ頂面１２の端部から、中間半導体層４を経て、下部半導体層１の上部に達し、下クラッド層３のエッチング面３ｅに達している。この下クラッド層３のエッチング面３ｅは、ストライプ溝の底面である。

一対の各ストライプ側壁１３は、それぞれ第１ストライプ側壁１４と、第２ストライプ側壁１５を有する。第１ストライプ側壁１４は上部ストライプ側壁であり、上部半導体層５の両端部に形成される。この第１ストライプ側壁１４は、第１ストライプ傾斜面１４ａと、第１ストライプ垂直面１４ｂを有する。第１ストライプ傾斜面１４ａは、上部半導体層５の上部の両端部に形成され、ストライプ頂面１２および基板面２ａに対して、ほぼ４５度の角度で傾斜しており、ストライプ頂面１２に連続している。第１ストライプ垂直面１４ｂは、第１ストライプ傾斜面１４ａの下部に連続しており、ストライプ頂面１２および基板面２ａとほぼ垂直に形成される。第１ストライプ垂直面１４ｂの幅をＷｓとする。Ｗｓ＞Ｗｔである。

第２ストライプ側壁１５は、この実施の形態１では、下部ストライプ側壁であり、中間半導体層４の端部４ａ、および上部半導体層５と下部半導体層１が中間半導体層４に隣接する隣接部分の隣接端部５ａ、１ａに亘り形成される。この第２ストライプ側壁１５は、傾斜面１５ａで構成される。この傾斜面１５ａは、ストライプ頂面１２および基板面２ａに対して、ほぼ４５度の角度で傾斜している。この傾斜面１５ａは、第１ストライプ垂直面１３ｂの下部に連続する。中間半導体層４の幅Ｗａは活性層幅であり、各第２ストライプ側壁１５の間の寸法に基づいて決定される。Ｗａ＞Ｗｓである。

埋込半導体構造２０は、ストライプ構造１１を覆うように形成される。この埋込半導体構造２０は、第１埋込半導体層２１と、第２埋込半導体層２２を有する。この埋込半導体構造２０は、逆バイアスされるｐｎ接合を含み、電流をストライプ構造１１に狭窄する。第１埋込半導体層２１は、例えばｐ型のＩｎＰで構成され、下クラッド層３のエッチング面３ｅと、第２ストライプ側壁１５を構成する傾斜面１５ａと、第１ストライプ垂直面１４ｂとを覆う。この第１埋込半導体層２１は、保護埋込部２１ａを有する。この保護埋込部２１ａは、中間半導体層４の端部４ａ、および上部半導体層５と下部半導体層１が中間半導体層４に隣接する隣接部分の隣接端部５ａ、１ａに接合し、これらの端部４ａ、１ａ、５ａを保護する。第２埋込半導体層２２は、例えばｎ型のＩｎＰで構成され、第１ストライプ側壁１４の第１ストライプ傾斜面１４ａを覆う。第２埋込半導体層２２と第１埋込半導体層２１との間のｐｎ接合が逆バイアスされ、電流をストライプ構造１１に狭窄する。

上部電極層３１は、ストライプ構造１１と、埋込半導体構造２０とを覆うように、それらの上に形成される。この上部電極層３１は、例えばキャリア濃度が上部半導体層５よりも高いｐ＋型のＩｎＰで構成される。この上部電極層３１は、ストライプ頂面１２で上部半導体層５と接合し、また埋込半導体構造２０の第２埋込半導体層２２に接合する。上部電極３２は陽極であり、上部電極層３１上に形成された絶縁膜３４の開口を通じて、ストライプ頂面１２の上部で、上部電極層３１に接合される。下部電極３３は陰極であり、基板面２ａに接合される。上部電極３２および下部電極３３は、例えばＴｉ、Ｐｔ、Ａｕ、ＡｕＧｅ、ＡｕＺｎなどで構成され、絶縁膜３４はＳｉＯ_２、ＳｉＮなどで構成される。

続いて、図１に示す半導体光デバイス１００の製造方法を図２について説明する。図２（ａ）から図２（ｈ）は、半導体光デバイス１００を製造工程に沿って示す断面図である。

まず、図２（ａ）の工程は、半導体積層構造１０の形成工程である。この半導体積層構造１０の形成工程は、結晶成長装置のチャンバ内で実行される。この半導体積層構造１０の形成工程では、先ず半導体基板２を結晶成長装置のチャンバ内に設置し、この半導体基板２上に下クラッド層３を形成し、これらの半導体基板２と下クラッド層３とにより下部半導体層１を形成する。続いて、下クラッド層３の上に、中間半導体層４を形成し、さらに、中間半導体層４の上に上部半導体層５を形成する。

次に、半導体積層構造１０を結晶成長装置の外部に出し、半導体積層構造１０にストライプ構造１１を形成するために、一次エッチングを行なう。この一次エッチングは、上部半導体層５の上面に、マスクパターン６を形成した状態で行なわれる。一次エッチング工程では、マスクパターン６を用いてエッチングを行ない、図２（ｂ）に示すように、上部半導体層５をエッチングし、第１ストライプ側壁１４Ａを形成する。この第１ストライプ側壁１４Ａの幅は、マスクパターン６の幅Ｗｏとほぼ等しい。マスクパターン６の幅Ｗｏは、実施の形態１では、ストライプ構造１１のストライプ幅Ｗｓよりも少し大きくされる。第１ストライプ側壁１４Ａは、中間半導体層４に達しない範囲で、上部半導体層５の両端部に形成される。この一次エッチング工程では、ウエットエッチングまたはドライエッチングが用いられる。この一次エッチング工程では、そのエッチングが中間半導体層４に達する直前で停止されるように制御される。第１ストライプ側壁１４Ａのさらに外側には、ストライプ溝の底面１６が形成されるが、このストライプ溝の底面１６は、一次エッチングでは、上部半導体層５のエッチング面５ｅである。

続いて、図２（ｃ）の工程では二次エッチングが行なわれる。この図２（ｃ）の工程で、ストライプ構造１１が形成される。この二次エッチング工程は、マスクパターン６を残した図２（ｂ）に示す半導体積層構造１０を再び結晶成長装置のチャンバ内に設置し、このチャンバ内で実行される。この二次エッチング工程では、第２ストライプ側壁１５が形成され、併せて第１ストライプ側壁１４Ａもエッチングされ、第１ストライプ側壁１４が形成される。この二次エッチング工程は、結晶成長装置のチャンバ内を例えば６００℃前後の温度に昇温し、ＨＣｌなどのハロゲンガスを用いて、半導体積層構造１０をドライエッチングする。

図２（ｃ）に示す二次エッチングは、マスクパターン６を残した状態で、第１ストライプ側壁１４Ａと、上部半導体層５のエッチング面５ｅとが、ハロゲンガスを用いて、さらにドライエッチングされる。この二次エッチングでは、ストライプ溝の底面１６がさらにエッチングされて、この底面１６が下クラッド層３に達し、これに伴ない、第２ストライプ側壁１５を構成する傾斜面１５ａが形成され、併せて、第１ストライプ側壁１４Ａもエッチングされ、第１ストライプ傾斜面１４ａと第１ストライプ垂直面１４ｂが形成される。傾斜面１５ａ、１４ａは、ともにストライプ頂面１２に対して、ほぼ４５度の傾斜を持つようにエッチングが進み、第１ストライプ垂直面１４ｂは次第にその幅と上下方向の寸法が短縮されるようにエッチングが進む。

この二次エッチング工程は、図２（ｃ）に示すように、ストライプ溝の底面１６が下部半導体層１の下クラッド層３の上部のエッチング面３ｅに達した段階で停止される。この結果、第２ストライプ側壁１５の傾斜面１５ａは、中間半導体層４の端部４ａ、および上部半導体層５と下部半導体層１とが中間半導体層４に隣接する隣接端部５ａ、１ａに亘るように形成される。この二次エッチングにより、ストライプ頂面１２の幅Ｗｔと、ストライプ幅Ｗｓと、活性層幅Ｗａが決定される。ストライプ頂面１２の幅Ｗｔは例えば１．０μｍ、ストライプ幅Ｗｓは例えば１．２μｍ、活性層幅Ｗａは例えば１．３μｍである。一次エッチングにより、第１ストライプ側壁１４Ａを形成した後で、ハロゲンガスを用いて二次エッチングを行なうので、ストライプ頂面１２の幅Ｗｔを、活性層幅Ｗａにより近づけることができ、ストライプ頂面１２の幅Ｗｔと、活性層幅Ｗａを、実用可能な範囲で両立させることができる。

二次エッチングに引き続き、図２（ｃ）に示す半導体積層構造１０を結晶成長装置のチャンバ内に保持した状態で、埋込半導体構造２０の形成工程が実行される。この埋込半導体構造２０の形成工程は、図２（ｄ）（ｅ）に示される。図２（ｄ）の工程では、第１埋込半導体層２１が形成される。この第１埋込半導体層２１は、第２ストライプ側壁１５と第１ストライプ垂直面１４ｂと、ストライプ溝の底面１６とを覆うように形成される。第２ストライプ側壁１５と第１ストライブ側壁１４とが形成された後、第１埋込半導体層２１が形成されるまでの間では、半導体積層構造１０は、結晶成長装置のチャンバ内に保持され、このチャンバの外部には出されないので、アルミニウムを含む中間半導体層２が酸素含むガス、および酸素を含む不純物に曝されることはなく、したがって、この中間半導体層４の中のアルミニウムがアルミニウム化合物を形成することはない。第１埋込半導体層２１は、下部半導体層４の端部４ａ、および上部半導体層５と下部半導体層１とが中間半導体層４に隣接する隣接端部５ａ、１ａとに直接接合する保護埋込部２１ａを持って形成される。

図２（ｅ）の工程では、第１埋込半導体層２１の上に第２埋込半導体層２２が形成される。この第２埋込半導体層２２は、第１ストライプ傾斜面１４ａと、第１埋込半導体層２１とを覆うように形成される。図２（ｄ）（ｅ）に示す埋込半導体構造２０の形成工程では、マスクパターン６はそのまま残される。したがって、第１埋込半導体層２１および第２埋込半導体層２１が、ストライプ頂面１２に接合することはない。

図２（ｆ）の工程では、図２（ｅ）に示す半導体積層構造１０を、一旦結晶成長装置のチャンバの外部に取出し、マスクパターン６を除去した後、結晶成長装置のチャンバ内に戻し、上部電極層３１を形成する。図２（ｇ）の工程では、半導体積層構造１０を、再び結晶成長装置のチャンバから外部に取出し、絶縁膜３４を形成した後、この絶縁膜３４に開口を形成する。図２（ｈ）の工程では、先ず上部電極３２を形成する。その後、半導体基板２を研削して、半導体積層構造１０の厚さを、例えば１００μｍ程度に薄くした後、下部電極３３を形成する。その後、半導体積層構造１０をへき開などにより、複数のチップに分割し、さらに、ストライプ構造１１の一方の端面に、Ａｌ_２Ｏ_３、α―Ｓｉ、ＳｉＯ_２などの反射膜を堆積し、所望の反射率を得る。

以上のように、実施の形態１の製造方法では、一次エッチングにより、第１ストライプ側壁１４Ａを形成した後に、二次エッチングにより、第２ストライプ側壁１５を形成するので、ストライプ頂面１２の幅Ｗｔを活性層幅Ｗａにより近づけることができ、ストライプ頂面１２の幅Ｗｔと、活性層幅Ｗａを、実用可能な範囲で両立させることができる。また、第２ストライプ側壁１５と第１ストライブ側壁１４とが形成された後、第１埋込半導体層２１が形成されるまでの間では、半導体積層構造１０は、結晶成長装置のチャンバ内に保持され、このチャンバの外部には出されないので、アルミニウムを含む中間半導体層２が酸素を含むガス、不純物に曝されることはなく、したがって、この中間半導体層４の中のアルミニウムがアルミニウム化合物を形成することはなく、半導体光デバイス１００の無効電流および損失の増大を防止し、半導体光デバイス１００の初期特性および長期信頼性を向上することができる。

実施の形態２．
図３は、この発明による半導体光デバイスの製造方法の実施の形態２で製造された半導体光デバイスを示す断面図であり、図４は、この実施の形態２の半導体光デバイスの製造方法を、製造工程順に示す断面図である。

図３に示す半導体光デバイス１０１も、図１に示す半導体光デバイス１００と同様に半導体レーザである。この半導体光デバイス１０１では、ストライプ構造１１の一対のストライプ側壁１３が、第１ストライプ側壁１４、第２ストライプ側壁１５に加えて、第３ストライプ側壁１７を有する。また、埋込半導体構造２０における第１埋込半導体層２１が、ストライプ隣接第１埋込半導体部分２１Ａを残して第３ストライプ側壁１７の形成時に除去され、この埋込半導体構造２０が、このストライプ隣接第１埋込半導体部分２１Ａと、第２から第５埋込半導体層２２〜２５により構成される。この埋込半導体構造２０は、逆バイアスされる２つのｐｎ接合を含み、電流をストライプ構造１１に狭窄する。その他は、図１に示す半導体光デバイス１００と同じである。

この実施の形態２では、第１ストライプ側壁１４が上部ストライプ側壁であり、第２ストライプ側壁１５が中間ストライプ側壁であり、第３ストライプ側壁１７が下部ストライプ側壁である。

図４（ａ）から図４（ｉ）は、図３に示す半導体光デバイス１０１の製造方法を工程に沿って示す断面図である。図４（ａ）〜図４（ｄ）の工程は、図２（ａ）〜図２（ｄ）の工程と同じであるので、図４（ｅ）〜図（ｉ）の工程について説明する。

図４（ｅ）の工程は、第３ストライプ側壁１７の形成工程である。この実施の形態２では、図４（ｅ）の工程で、ストライプ構造１１が形成される。この実施の形態２では、一対のストライプ側壁１３は、第１ストライプ側壁１４と、第２ストライプ側壁１５と、第３ストライプ側壁１７を含む。この第３ストライプ側壁１７の形成工程は、半導体積層構造１０を結晶成長装置のチャンバの外部に取出して行なわれる。この第３ストライプ側壁１７は、ストライプ溝の底面１６をさらに２μｍ程度エッチングして形成される。ストライプ溝の底面１６は、下部半導体層１の下クラッド層３の、より深い部分に達する。このエッチングには、例えばドライエッチングが使用される。この第３ストライプ側壁１７により、下部半導体層１の下クラッド層３には、幅Ｗｂの下部ストライプ構造１８が形成される。Ｗｂ＞Ｗａである。

第３ストライプ側壁１７の形成により、第１埋込半導体層２１は、ストライプ隣接第１埋込半導体部分２１Ａを残して除去される。ストライプ隣接第１埋込半導体層２１Ａは、保護埋込部２１ａを有し、第１ストライプ垂直面１４ｂを覆う。保護埋込部２１ａは、実施の形態１における保護埋込部２１ａと同じであり、中間半導体層４の端部４ａ、および上部半導体層５と下部半導体層１が中間半導体層４に隣接する隣接端部５ａ、１ａに直接接合し、これらの端部４ａ、５ａ、１ａを保護する。したがって、以後の工程で、結晶成長装置のチャンバの外部において、半導体積層構造１０が酸素を含むガス、不純物に曝されても、中間半導体層２の中のアルミニウムがアルミニウム化合物を生成することはない。

図４（ｆ）の工程では、半導体積層構造１０を再び結晶成長装置のチャンバ内に設置し、このチャンバ内で、埋込半導体構造２０の第２から第５埋込半導体層２２〜２５が形成される。第２埋込半導体層２２は、ストライプ溝の底面１６と、第３ストライプ側壁１７と、ストライプ隣接第１埋込半導体部分２１Ａを覆う。第３埋込半導体層２３は、第２埋込半導体層２２の上面を覆うように形成される。第４埋込半導体層２４は、第３埋込半導体層２３を覆い、ストライプ隣接第１埋込半導体部分２１Ａの上の第２埋込半導体層２２を覆い、また第１ストライプ傾斜面１４ａを覆う。第５埋込半導体層２５は、第４埋込半導体層２４を覆う。これらの第２から第５埋込半導体層２２〜２５は、マスクパターン６を残した状態で形成されるので、第２から第５埋込半導体層２２〜２５が、ストライプ頂面１２に接合することはない。第２、第４埋込半導体層２２、２４は、例えばｐ型のＩｎＰで構成され、第３、第５埋込半導体層２３、２５は、例えばｎ型のＩｎＰで構成される。第３埋込半導体層２３と第２埋込半導体層２２との間のｐｎ接合、および第４埋込半導体層２５と第４埋込半導体層２４との間のｐｎ接合が逆バイアスされ、電流をストライプ構造１１に狭窄する。

図４（ｇ）の工程では、半導体積層構造１０を、一旦結晶成長装置のチャンバの外部に取出し、マスクパターン６を除去した後、再び結晶成長装置のチャンバ内に戻し、上部電極層３１を形成する。図４（ｈ）の工程では、半導体積層構造１０を結晶成長装置のチャンバから外部に取出し、絶縁膜３４を形成した後、この絶縁膜３４に開口を形成する。図４（ｉ）の工程では、先ず上部電極３２を形成する。その後、半導体基板２を研削して、半導体積層構造１０の厚さを、例えば１００μｍ程度に薄くした後、下部電極３３を形成する。その後、半導体積層構造１０をへき開などにより、複数のチップに分割し、さらに、ストライプ構造１１の一方の端面に、Ａｌ_２Ｏ_３、α―Ｓｉ、ＳｉＯ_２などの反射膜を堆積し、所望の反射率を得る。

実施の形態２の製造方法では、実施の形態１と同様に、一次エッチングにより、上部ストライプ側壁１４Ａを形成した後に、第２エッチングにより第２ストライプ側壁１５を形成するので、ストライプ頂面１２の幅Ｗｔを、活性層幅Ｗａにより近づけることができ、ストライプ頂面１２の幅Ｗｔと、活性層幅Ｗａを、実用可能な範囲で両立させることができる。また、保護埋込部２１ａを含む第１埋込半導体層２１を形成した後で、半導体積層構造１０が、結晶成長装置のチャンバから外部に出されるので、アルミニウムを含む中間半導体層２が酸素を含むガス、不純物に曝されることはなく、したがって、この中間半導体層４の中のアルミニウムがアルミニウム化合物を形成することはなく、半導体光デバイス１０１の無効電流および損失の増大を防止し、半導体光デバイス１０１の初期特性および長期信頼性を向上することができる。

実施の形態３．
図５は、この発明による半導体光デバイスの製造方法の実施の形態３を、製造工程順に示す断面図である。図５（ａ）〜図５（ｉ）は実施の形態３の製造方法を製造工程順に示す断面図であり、図５（ａ）〜図５（ｅ）の工程は、図４（ａ）〜図４（ｅ）の工程と同じであるので、図５（ｆ）〜図５（ｉ）の工程について説明する。この実施の形態３の製造方法で製造される半導体光デバイス１０２も、半導体レーザである。

図５（ｆ）の工程では、結晶成長装置のチャンバ内において、ストライプ隣接第１埋込半導体層２１Ａが、保護埋込部２１ａを残して、さらに小さくエッチングされる。この保護埋込部２１ａは、実施の形態１における保護埋込部２１ａと同じであり、中間半導体層４の端部４ａ、および上部半導体層５と下部半導体層１が中間半導体層４に隣接する隣接端部５ａ、１ａに直接接合し、これらの端部４ａ、５ａ、１ａを保護する。したがって、以後の工程で、結晶成長装置のチャンバの外部で、半導体積層構造１０が酸素を含むガス、不純物に曝されても、中間半導体層４の中のアルミニウムがアルミニウム化合物を生成することはない。

図５（ｇ）の工程では、半導体積層構造１０を結晶成長装置のチャンバ内に保持した状態で、このチャンバ内で、埋込半導体構造２０の第２から第５埋込半導体層２２〜２５が形成される。第２から第５埋込半導体層２２〜２５は、実施の形態２と同じ材料の半導体層で構成される。第２埋込半導体層２２は、ストライプ溝の底面１６と、第３ストライプ側壁１７と、保護埋込部２１ａを覆い、また第１ストライプ垂直面１４ｂを覆う。第３埋込半導体層２３は、第２埋込半導体層２２の上面を覆うように形成される。第４埋込半導体層２４は、第３埋込半導体層２３を覆い、保護埋込部２１ａと第１ストライプ垂直面１４ｂの上の第２埋込半導体層２２を覆い、また第１ストライプ傾斜面１４ａを覆う。第５埋込半導体層２５は、第４埋込半導体層２４を覆う。これらの第２から第５埋込半導体層２２〜２５は、マスクパターン６を残した状態で形成されるので、第２から第５埋込半導体層２２〜２５が、ストライプ頂面１２に接合することはない。

図５（ｈ）の工程では、半導体積層構造１０を、一旦結晶成長装置のチャンバの外部に取出し、マスクパターン６を除去した後、結晶成長装置のチャンバ内に戻し、上部電極層３１を形成する。図５（ｉ）の工程では、半導体積層構造１０を結晶成長装置のチャンバから外部に取出し、絶縁膜３４を形成した後、この絶縁膜３４に開口を形成する。図５（ｉ）の工程では、先ず上部電極３２を形成する。その後、半導体基板２を研削して、半導体積層構造１０の厚さを、例えば１００μｍ程度に薄くした後、下部電極３３を形成する。その後、半導体積層構造１０をへき開などにより、複数のチップに分割し、さらに、ストライプ構造１１の一方の端面に、Ａｌ_２Ｏ_３、α―Ｓｉ、ＳｉＯ_２などの反射膜を堆積し、所望の反射率を得る。

実施の形態３では、実施の形態２と同じ効果が得られるのに加え、第１埋込半導体層２１が、保護埋込部２１ａを残して小さくされるので、この小さな保護埋込部２１ａが、埋込半導体構造２０に流れる無効電流を増大することもなく、半導体光デバイス１０２の初期特性および長期信頼性を向上することができる。

実施の形態３では、図５（ｅ）で第３ストライプ側壁１７を形成した後に、ストライプ隣接第１埋込半導体部分２１Ａを、保護埋込部２１ａを残すようにエッチングしたが、図５（ｇ）に示す埋込半導体構造２０の形成工程において、第２、第３埋込半導体層２２、２３を形成した後、第４埋込半導体層２４を形成する前に、ストライプ隣接第１埋込半導体部分２１Ａを、保護埋込部２１ａを残すようにエッチングすることもでき、この場合にも実施の形態３と同じ効果を得ることができる。

実施の形態４．
図６は、この発明による半導体光デバイスの製造方法の実施の形態４を、製造工程順に示す断面図である。実施の形態１の製造方法は、一次エッチングにより第１ストライプ側壁１４Ａを形成した後、二次エッチングにより第２ストライプ側壁１５を形成するときに、第１ストライプ側壁１４Ａもエッチングされる。この実施の形態４の製造方法は、二次エッチングにより第２ストライプ側壁１５を形成するときに、第１ストライプ側壁１４Ａがエッチングされないように、実施の形態１の製造方法を、さらに改良したものである。

図６（ａ）〜図６（ｊ）は実施の形態４の製造方法を製造工程順に示す断面図であり、図６（ａ）〜図６（ｂ）の工程は、実施の形態１の図２（ａ）〜図２（ｂ）の工程と同じであるので、図６（ｃ）〜図６（ｊ）の工程について説明する。この実施の形態４の製造方法で製造される半導体光デバイス１０３も、半導体レーザである。

図６（ｃ）の工程では、一次エッチングにより第１ストライプ側壁１４Ａを形成した図６（ｂ）に示す半導体積層構造１０に対して、補助マスク７を形成する。この補助マスク７は、図６（ｃ）に示すように、マスクパターン６と、第１ストライプ側壁１４Ａを覆うように形成される。

図６（ｄ）工程では、図６（ｃ）に示す半導体積層構造１０を、再び結晶成長装置のチャンバに設置し、このチャンバ内で、図２（ｃ）の工程と同様に、二次エッチングを行なう。この二次エッチングでは、チャンバ内を例えば６００℃前後の昇温し、ＨＣｌなどのハロゲンガスを用いて、半導体積層構造１０をドライエッチングする。このエッチングにより、図６（ｄ）に示すように、ストライプ溝の底面１６は、下クラッド層３のエッチング面３ｅに達するまでエッチングされ、これに伴ない、第１ストライプ側壁１４Ａの下部に、第２ストライプ側壁１５が形成される。第２ストライプ側壁１５は、傾斜面１５ａであり、この傾斜面１５ａは、実施の形態１と同様に、ストライプ頂面１２と基板面２ａに対して、ほぼ４５度の角度で傾斜し、この傾斜面１５ａは、中間半導体層４の端部４ａ、および上部半導体層５と下部半導体層１が中間半導体層４と隣接する隣接端部５ａ、１ａに亘り形成される。

第２ストライプ側壁１５の形成時には、第１ストライプ側壁１４Ａは、補助マスク７で覆われているので、エッチングされることはなく、第１ストライプ側壁１４Ａの幅が二次エッチングにより、減少することはない。図６（ｄ）の工程では、第２ストライプ側壁１５の形成に続き、半導体積層構造１０を結晶成長装置のチャンバ内の保持した状態で、埋込半導体層２１１が形成される。この埋込半導体層２１１は、下クラッド層３のエッチング面３ｅを覆い、第２ストライプ側壁１５を覆うように形成される。この埋込半導体層２１１は、実施の形態１と同じ保護埋込部２１ａを有し、この保護埋込部２１ａは、中間半導体層４の端部４ａ、および上部半導体層５と下部半導体層１が中間半導体層４に隣接する隣接端部５ａ、１ａに直接接合し、これらの端部４ａ、５ａ、１ａを保護する。したふがって、以後の工程で、結晶成長装置のチャンバの外部で、半導体積層構造１０が酸素を含むガス、不純物の曝されても、中間半導体層４の中のアルミニウムがアルミニウム化合物を生成することはない。

図６（ｅ）の工程では、図６（ｄ）に示す半導体積層構造１０を、結晶成長装置のチャンバの外部に取出し、補助マスク７を除去する。マスクパターン６は、そのまま残される。図６（ｆ）の工程では、図６（ｅ）に示す半導体積層構造１０を、結晶成長装置のチャンバ内に設置した状態で、埋込半導体層２１２と、第２埋込半導体２２が形成される。埋込半導体層２１２は、埋込半導体層２１１の上に、第１ストライプ側壁１４Ａに接合し、この第１ストライプ側壁１４Ａと埋込半導体層２１１とを覆うように形成され、埋込半導体層２１１とともに第１埋込半導体層２１を構成する。第２埋込半導体層２２は、第１埋込半導体層２１を覆うように形成される。

第１埋込半導体層２１は、実施の形態１の第１埋込半導体層２１と同様に、保護埋込部２１ａを有し、この保護埋込部２１ａは、中間半導体層４の端部４ａ、および上部半導体層５と下部半導体層１が中間半導体層４と隣接する隣接端部５ａ、１ａに接合され、これらの端部４ａ、５ａ、１ａを保護する。第１、第２埋込半導体層２１、２２は、実施の形態１と同じ材料の半導体層で構成される。これらの第１、第２埋込半導体層２１、２２は、マスクパターン６を残した状態で形成されるので、第１、第２埋込半導体層２１、２２は、ストライプ頂面１２に接合することはない。

図６（ｇ）の工程では、図６（ｆ）に示す半導体積層構造１０を結晶成長装置のチャンバの外部に取出し、マスクパターン６を除去する。図６（ｈ）工程では、結晶成長装置のチャンバ内で、上部電極層３１を形成する。図６（ｉ）の工程では、図６（ｈ）に示す半導体積層構造１０を、結晶成長装置のチャンバの外部に取出し、上部電極層３１の上に絶縁膜３４を形成した後、この絶縁膜３４に開口が形成され、図６（ｊ）の工程では、上部電極３２と下部電極３３が形成される。

この実施の形態４の製造方法では、実施の形態１の半導体光デバイス１００と類似した半導体光デバイス１０３が製造されるが、実施の形態４では、補助マスク７を形成した状態で、第２ストライプ側壁１５が形成されるので、この第２ストライプ側壁１５の形成時に、第１ストライプ側壁１４Ａがエッチングされることはなく、ストライプ頂面１２の幅Ｗｔはマスクパターン６の幅Ｗｏとほぼ等しく形成される。したがって、実施の形態４では、ストライプ頂面１２の幅を、実施の形態１に比べて活性層幅Ｗａにより近づけることができ、それらの幅を実用的な範囲で両立させることができる。

実施の形態５．
図７は、この発明による半導体光デバイスの製造方法の実施の形態６を、製造工程順に示す断面図である。実施の形態２の製造方法は、一次エッチングにより第１ストライプ側壁１４Ａを形成した後、二次エッチングにより第２ストライプ側壁１５を形成するときに、第１ストライプ側壁１４Ａもエッチングされる。この実施の形態５の製造方法は、二次エッチングにより第２ストライプ側壁１５を形成するときに、第１ストライプ側壁がエッチングされないように、実施の形態２の製造方法を、さらに改良したものである。

図７（ａ）〜図７（ｋ）は実施の形態５の製造方法を製造工程順に示す断面図であり、図７（ａ）〜図７（ｂ）の工程は、実施の形態２の図４（ａ）〜図４（ｂ）工程と同じであるので、図７（ｃ）〜図７（ｋ）の工程について説明する。この実施の形態５の製造方法で製造される半導体光デバイス１０４も、半導体レーザである。

図７（ｃ）の工程では、一次エッチングにより第１ストライプ側壁１４Ａを形成した図７（ｂ）に示す半導体積層構造１０に対して、補助マスク７を形成する。この補助マスク７は、図７（ｃ）に示すように、マスクパターン６と、上部ストライプ側壁１４Ａを覆うように形成される。なお、上部ストライプ側壁１４Ａの幅は、マスクパターン６の幅Ｗｏとほぼ等しい。

図７（ｄ）の工程では、図７（ｃ）に示す半導体積層構造１０を、再び結晶成長装置のチャンバに設置し、このチャンバ内で、図４（ｃ）の工程と同様に、二次エッチングを行なう。この二次エッチングでは、チャンバ内を例えば６００℃前後の昇温し、ＨＣｌなどのハロゲンガスを用いて、半導体積層構造１０をドライエッチングする。このエッチングにより、図７（ｄ）に示すように、ストライプ溝の底面１６は、下クラッド層３のエッチング面３ｅに達するまでエッチングされ、これに伴ない、第１ストライプ側壁１４Ａの下部に、第２ストライプ側壁１５が形成される。第２ストライプ側壁１５は傾斜面１５ａであり、この傾斜面１５ａは、実施の形態１と同様に、ストライプ頂面１２と基板面２ａに対して、ほぼ４５度の角度で傾斜し、中間半導体層４の端部４ａ、および上部半導体層５と下部半導体層１が中間半導体層４と隣接する隣接端部５ａ、１ａに亘り形成される。

第２ストライプ側壁１５に形成時には、第１ストライプ側壁１４Ａは、補助マスク７で覆われているので、エッチングされることはなく、第１ストライプ側壁１４Ａの幅が二次エッチングにより、減少することはない。

図７（ｅ）の工程では、図７（ｄ）に示す半導体積層構造１０を、結晶成長装置のチャンバ内に保持した状態で、引き続いて第１埋込半導体層２１が形成される。マスクパターン６と補助マスク７はそのまま残された状態で、第１埋込半導体層２１が形成される。第１埋込半導体層２１は、実施の形態１の第１埋込半導体層２１と同様に、保護埋込部２１ａを有し、この保護埋込部２１ａは、中間半導体層４の端部４ａ、および上部半導体層５と下部半導体層１が中間半導体層４と隣接する隣接端部５ａ、１ａに接合され、これらの端部４ａ、５ａ、１ａを保護する。第１埋込半導体層２１は、実施の形態１と同じ材料の半導体層で構成される。第１埋込半導体層２１は、マスクパターン６と補助マスク７を残した状態で形成されるので、第１埋込半導体層２１が、ストライプ頂面１２に接合することはない。

図７（ｅ）の工程では、図７（ｄ）に示す半導体積層構造１０を、結晶成長装置のチャンバの外部に取出し、図４（ｅ）の工程と同様にして、第３ストライプ側壁１７が形成される。第３ストライプ側壁１７の形成により、第１埋込半導体層２１は、図４（ｅ）と同様にして、ストライプ隣接第１埋込半導体部分２１Ａを残して、除去される。図７（ｅ）の工程では、マスクパターン６と補助マスク７は、そのまま残される。補助マスク７は、図７（ｇ）で除去される。図７（ｈ）から図７（ｋ）の工程は、図４（ｆ）から図４（ｉ）の工程と同じである。

ストライプ隣接第１埋込半導体層２１Ａは、保護埋込部２１ａを有する。保護埋込部２１ａは、実施の形態１における保護埋込部２１ａと同じであり、中間半導体層４の端部４ａ、および上部半導体層５と下部半導体層１が中間半導体層４に隣接する隣接端部５ａ、１ａに直接接合し、これらの端部４ａ、５ａ、１ａを保護している。したがって、以後の工程で、結晶成長装置のチャンバの外部において、半導体積層構造１０が酸素を含む雰囲気に曝されても、中間半導体層２の中のアルミニウムがアルミニウム化合物を生成することはない。

この実施の形態５の製造方法では、実施の形態２の半導体光デバイス１０１と類似した半導体光デバイス１０４が製造されるが、実施の形態５では、補助マスク７を形成した状態で、第２ストライプ側壁１５が形成されるので、この第２ストライプ側壁１５の形成時に、第１ストライプ側壁１４Ａがエッチングされることはなく、ストライプ頂面１２の幅Ｗｔはマスクパターン６の幅Ｗｏとほぼ等しく形成される。したがって、実施の形態４では、ストライプ頂面１２の幅を、活性層幅Ｗａにより近づけることができ、それらの幅を実用的な範囲で、両立させることができる。

なお、実施の形態５では、図７（ａ）の工程でマスクパターン６の幅Ｗｏは、ストライプ構造１１に所望のストライプ幅を実現するために設定されるが、図７（ｇ）の工程で、ストライプ構造１１を形成したエッチング形状と埋込半導体構造２０の形状を考慮して、第１ストライプ側壁１４Ａのストライプ幅Ｗｏを写真製版により再度調整することもできる。

実施の形態６．
図８は、実施の形態６による半導体光デバイスの製造方法６により製造された半導体光デバイスを示す断面図である。この実施の形態６による半導体光デバイス１０５も半導体レーザである。

図８の半導体光デバイス１０５は、図１に示す半導体光デバイス１００の埋込半導体構造２０に、Ｆｅ−ＩｎＰなどの高抵抗埋込半導体層２６と、埋込半導体層２７を追加したものである。高抵抗埋込半導体層２６は、埋込半導体構造２０を流れる損失電流をさらに低下させる。これらの埋込半導体層２６、２７は、実施の形態１の図２（ｅ）の工程で形成される。

高抵抗埋込半導体層２６は、実施の形態２から５にも適用することができる、実施の形態２では図４（ｆ）の工程で、実施の形態３では図５（ｇ）の工程で、実施の形態４では図６（ｆ）の工程で、実施の形態５では図７（ｈ）の工程で、それぞれ追加形成される。

実施の形態１から６は、いずれもファブリペロー型の半導体レーザであるが、クラッド層３、５を構成するＩｎＰ層の中に、ＩｎＧａＡｓＰなどの半導体で回析格子を形成したＤＦＢ型の半導体レーザおよび電界吸収型変調器、電界吸収型変調器の集積型半導体レーザにも適用できる。また、実施の形態１から６で例示した各半導体層の構成材料は、種々変更可能であり、また導電型を反転することも可能である。

この発明による半導体光デバイスの製造方法は、半導体レーザなどに利用される。

この発明による半導体光デバイスの製造方法の実施の形態１により製造された半導体光デバイスを示す断面図である。 この発明による半導体光デバイスの製造方法の実施の形態１を製造工程順に示す断面図である。 この発明による半導体光デバイスの製造方法の実施の形態２により製造された半導体光デバイスを示す断面図である。 この発明による半導体光デバイスの製造方法の実施の形態２を製造工程順に示す断面図である。 この発明による半導体光デバイスの製造方法の実施の形態３を製造工程順に示す断面図である。 この発明による半導体光デバイスの製造方法の実施の形態４を製造工程順に示す断面図である。 この発明による半導体光デバイスの製造方法の実施の形態５を製造工程順に示す断面図である。 この発明による半導体光デバイスの製造方法の実施の形態６により製造された半導体光デバイスを示す断面図である。

符号の説明

１：下部半導体層、１ａ：隣接部分の端部、４：中間半導体層、５：上部半導体層、
５ａ：隣接部分の端部、６：マスクパターン、７：補助マスク、１０：半導体積層構造、
１１：ストライプ構造、１２：ストライプ頂面、１３：ストライプ側壁、
１４、１４Ａ：第１ストライプ側壁、１４ａ：第１ストライプ傾斜面、
１５ｂ：第１ストライプ垂直面、１５：第２ストライプ側壁、１５ａ：傾斜面、
１７：第３ストライプ側壁、２０：埋込半導体構造、２１：埋込半導体層、
２１ａ：保護埋込部、２６：高抵抗半導体層。

Claims (9)

1. 下部半導体層上にアルミニウムを含む中間半導体層を形成し、この中間半導体層上に上部半導体層を形成する第１工程と、
   前記中間半導体層に達しない範囲で、前記上部半導体層をエッチングして、前記上部半導体層の端部に第１ストライプ側壁を形成する第２工程、
   前記第１ストライプ側壁の形成後に、結晶成長装置内において、ハロゲンを含むガスを用いて、前記中間半導体層とともに、前記上部半導体層と下部半導体層が前記中間半導体層と隣接する隣接部分をエッチングし、前記中間半導体層および前記隣接部分の端部に第２ストライプ側壁を形成する第３工程、および
   前記第２ストライプ側壁の形成に続き、前記結晶成長装置内において、前記第２ストライプ側壁に、前記中間半導体層の端部と前記隣接部分の端部に接合する保護埋込部を有する埋込半導体層を形成する第４工程を含むことを特徴とする半導体光デバイスの製造方法。
2. 請求項１記載の半導体光デバイスの製造方法であって、前記第２工程において、前記第１ストライプ側壁が、前記上部半導体層上にマスクパターンを形成した状態で、エッチングにより形成されることを特徴とする半導体光デバイスの製造方法。
3. 請求項２記載の半導体光デバイスの製造方法であって、前記第３工程において、前記第２ストライプ側壁の形成時に、前記第１ストライプ側壁がエッチングされ、第１ストライプ傾斜面と第１ストライプ垂直面が形成されることを特徴とする半導体光デバイスの製造方法。
4. 請求項３記載の半導体デバイスの製造方法であって、前記第２ストライプ側壁と、前記第１ストライプ傾斜面が、前記上部半導体層の頂面に対して、ほぼ４５度の角度で傾斜して形成されることを特徴とする半導体光デバイスの製造方法。
5. 請求項２記載の半導体光デバイスの製造方法であって、前記第３工程において、前記マスクパターンと前記第１ストライプ側壁を覆う補助マスクを形成した状態で、前記第２ストライプ側壁がハロゲンを含むガスを用いて形成されることを特徴とする半導体光デバイスの製造方法。
6. 請求項１記載の半導体光デバイスの製造方法であって、前記第４工程において、前記埋込半導体層と他の埋込半導体層を含む埋込半導体構造を形成することを特徴とする半導体光デバイスの製造方法。
7. 請求項１記載の半導体光デバイスの製造方法であって、さらに、前記埋込半導体層を形成した後に、前記埋込半導体層の少なくとも前記保護埋込部を残して、前記下部半導体層の端部に第３ストライプ側壁を形成する第５工程、および前記第３ストライプ側壁を形成した後に、結晶成長装置内において、前記埋込半導体層の少なくとも前記保護埋込部を残した状態で、前記埋込半導体層と、前記第１ストライプ側壁と、前記第３ストライプ側壁を覆うように、埋込半導体構造を形成する第６工程を含むことを特徴とする半導体光デバイスの製造方法。
8. 請求項７記載の半導体光デバイスの製造方法であって、前記第６工程において、前記埋込半導体構造を形成する前に、前記保護埋込部を残すようにして、前記埋込半導体層が、前記結晶成長装置内において、ハロゲンを含むガスによりエッチングされることを特徴とする半導体光デバイスの製造方法。
9. 請求項６または７記載の半導体光デバイスの製造方法であって、前記埋込半導体構造が、高抵抗半導体層を含むことを特徴とする半導体光デバイスの製造方法。

Images