JP2008218956A - 半導体レーザ素子の製造方法および半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】リッジ部の加工精度を改善でき、したがってキンクの発生を十分に抑制でき高出力動作が可能な半導体レーザ素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】この半導体レーザ素子の製造方法では、エッチングモニタ用開口部１１７で反射する光の反射干渉波形をモニタし、エッチングマーカ層１１０を利用してドライエッチング工程の終点を検出し、ドライエッチングを停止しているので、従来の時間制御法に比べて、より深くまで精度良くドライエッチングを続けることができる。さらに、このドライエッチング工程に続くウエットエッチング工程において、エッチングストップ層１０８を利用してウエットエッチングを行うので、リッジ部１２０の高さを精密に制御できると共に、等方的に進むウエットエッチングの時間を短縮できる。
【選択図】図４

Description

この発明は、半導体レーザ素子の製造方法、および半導体レーザ素子に関し、より詳しくは、エッチング方法に特徴がある半導体レーザ素子の製造方法に関する。さらに、この発明は、そのような製造方法で製造した半導体レーザ素子を備えた光ディスク装置に関する。

半導体レーザ素子を高出力化する際の大きな課題の一つに、キンク(半導体レーザ素子の光出力−動作電流特性における非直線性のこと)の発生がある。

このキンクは、半導体レーザの導波路幅(リッジ幅)に対して導波路の内と外との屈折率差Δｎが大きい場合に、基本導波モード以外の高次導波モードが発生することによって生じる。また、光出力を大きくするにつれて、導波路内で発生する熱により屈折率差Δｎが増大するので、そのことによってもキンクが発生する。

このキンクを抑制するためには、導波路内の特に水平方向における高次導波モードの発生を抑制することが必要であり、そのためには、リッジ幅をより狭くすることが効果的である。

リッジ幅の微細化に関しては、ドライエッチング法を用いてリッジを形成することによって、より狭いリッジを、より制御性よく安定的に作製することができるようになる。すなわち、ドライエッチング法は、異方性エッチングを実現できるというメリットがあるので、リッジの幅,形状の加工制御性を向上できる。

しかし、一方で、ドライエッチング法を用いてリッジを形成する場合、従来のウエットエッチング法では一般的となっている選択エッチングの手法が使いづらいというデメリットがある。

したがって、ドライエッチング法では、ウエットエッチング法に比べて、エッチング量(深さ)を制御することが困難になる。

このため、従来のドライエッチング法によるリッジ加工の際は、条件出しを行って事前にエッチングレートを求めておき、所望の深さだけエッチングするのに必要なエッチング時間を算出して、エッチングを開始してからそのエッチング時間が経過したところでエッチングを停止させるということが行われてきた。

このリッジ加工の際に、エッチングする所望の深さが少なくとも１〜２(μｍ)である場合に、エッチング深さの制御量としては、例えば、１０〜数１０(ｎｍ)の精度が要求される。

しかしながら、上述の従来のドライエッチング方法では、被エッチング半導体層の厚さのばらつきやドライエッチングのエッチング量自体のばらつきなどにより、必要なエッチング量制御が十分にできないという問題がある。

その結果、リッジ導波路の脇のクラッド層の厚さの制御が不安定になり、結果としてキンクが発生することがあった。リッジ導波路の脇のクラッド層の厚さを制御することは、キンクを抑制するためのもう一つの重要な観点である。

そこで、例えば、特許文献１(特開平３−６８７７号公報)や特許文献２(特許第２６０１２２９号公報)に開示されている技術では、クラッド層を成長させる段階でリッジ部の下部に相当する深さに終点検出層(クラッド層とは組成が異なる層)を介挿している。この技術では、ドライエッチングでリッジ部を加工する際のエッチング量(深さ)を制御するに際し、上記終点検出層を利用することで、エッチング深さの精度を向上させている。

しかし、前述の特許文献１,２で開示された方法では、終点検出層が存在することによって、最終的なリッジ断面の垂直性を阻害する要因となることがあった。すなわち、特許文献１,２で開示された方法では、図８Ａに示すように、リッジ部９２０の側面にクラッド層(リッジ部の大部分を構成する層)とは組成の異なる終点検出層９５０が露出して、この終点検出層９５０が部分的に出っ張ったり、逆に、図８Ｂに示すように、終点検出層９５０が引っ込んだりするという問題があった。これは、終点検出層９５０のエッチング特性がクラッド層のエッチング特性とは異なることに起因して、ドライエッチングによる加工後に、化学エッチャントを用いてドライエッチング時の反応生成物とダメージの除去を行う際に、終点検出層９５０のエッチング量とクラッド層のエッチング量とが異なることによって発生する。

図８Ａ,図８Ｂに示すように、リッジ部９２０の側面の垂直性が阻害されると、結局、キンクの発生を抑制できなくなってしまうという問題がある。さらには、上記終点検出層９５０の突出や陥没は、リッジ部９２０を被覆する絶縁膜や電極の段切れ(リッジ部の側面の凹凸によって絶縁膜や電極が不連続となる現象)の原因になることもある。
特開平３−００６８７７号公報 特許２６０１２２９号公報

そこで、この発明の課題は、リッジ部の加工精度を改善でき、したがってキンクの発生を十分に抑制でき高出力動作が可能な半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の半導体レーザ素子の製造方法は、基板上に、少なくとも、下クラッド層と、活性層と、第１上クラッド層と、上記第１上クラッド層とは組成が異なるエッチングストップ層と、上記エッチングストップ層とは組成が異なる第２上クラッド層と、上記第２上クラッド層とは組成が異なるエッチングマーカ層と、上記エッチングマーカ層とは組成が異なる第３上クラッド層と、コンタクト層とが順に積層された半導体積層構造部を形成する積層工程と、
上記半導体積層構造部にエッチングモニタ用開口部を形成するための第１の開口部と上記半導体積層構造部にストライプ状のリッジ部を形成するための第２の開口部とを有するマスクを、上記コンタクト層上に形成するマスク形成工程と、
上記半導体積層構造部をドライエッチングしながら、上記マスクの上記第１の開口部に光を照射し、この光が上記半導体積層構造部で反射して発生する反射干渉光をモニタすることで、上記エッチングマーカ層がエッチングされていることを観察した後、上記第２上クラッド層の途中でドライエッチングを停止させるドライエッチング工程と、
上記第２上クラッド層を上記エッチングストップ層に対して選択的にウエットエッチング法にてエッチングして上記リッジ部を形成するウエットエッチング工程とを有することを特徴としている。

ここで、下クラッド層および上クラッド層は、いわゆるガイド層を含んでいてもよい。また、コンタクト層とは、半導体レーザ素子に電流注入する際に必要な電極金属と半導体多層構造との間に良好なオーミック接合を実現するために設けられる半導体層のことである。

この発明の製造方法によれば、エッチングマーカ層を利用してドライエッチング工程の終点を検出し、ドライエッチングを停止しているので、従来の時間制御法に比べて、より深くまで精度良くドライエッチングを続けることができる。さらに、このドライエッチング工程に続くウエットエッチング工程において、エッチングストップ層を利用してウエットエッチングを行うので、リッジ部の高さを精密に制御できると共に、等方的に進むウエットエッチングの時間を短縮できる。

したがって、この発明の製造方法によれば、高さ制御性と垂直性に優れたリッジ部を作製でき、キンクの発生を十分に抑制できて高出力動作が可能な半導体レーザ素子を製造できる。

また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記第１、第２および第３上クラッド層がＡｌＧａＩｎＰであり、上記エッチングストップ層がＧａＩｎＰであり、上記エッチングマーカ層がＡｌＧａＡｓである。

この実施形態によれば、ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層に対してエッチングマーカ層がＡｌＧａＡｓであることにより、良好なドライエッチング終点検出が可能になる。また、ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層を用いることにより、ウエットエッチング工程において、クラッド層に対して確実に選択エッチングを実行することができる。

また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記ＡｌＧａＩｎＰからなる第２および第３上クラッド層のＡｌのIII族混晶比が０.３乃至０.４であり、
上記ＡｌＧａＡｓからなるエッチングマーカ層のＡｌ混晶比が０.３５乃至０.４５であり、
上記第２上クラッド層をエッチングするウエットエッチング工程において、エッチャントとしてふっ酸を使用する。

この実施形態によれば、上記ウエットエッチング工程において、上記第２および第３上クラッド層に対するサイドエッチング速度(基板に対して平行方向にエッチングされる速度)と、上記エッチングマーカ層に対するサイドエッチング速度とがほぼ等しくなる。これにより、ふっ酸によるウエットエッチング工程を経た後もリッジ部の垂直性が悪くならない。よって、キンクを抑えることができる。

なお、上記ＡｌＧａＩｎＰからなる第２,第３上クラッド層のＡｌ混晶比を０.３５とすることが望ましい。この場合、半導体レーザ素子に要求される好ましい屈折率分布を実現できる。

また、ＡｌＧａＩｎＰ,ＡｌＧａＡｓはＡｌ混晶比が小さくなる程、ふっ酸ではエッチングされ難くなる。すなわち、ＡｌＧａＩｎＰではＡｌ混晶比が０.３よりも小さくなると実質的にエッチングされなくなり、ＡｌＧａＡｓではＡｌ混晶比が０.３５よりも小さくなると実質的にエッチングされなくなる。一方、ＡｌＧａＩｎＰ,ＡｌＧａＡｓは、それぞれ、Ａｌ混晶比０.４,０.４５を上回るとエッチングレートが指数関数的に大きくなり、エッチング量を制御し難くなる。

また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記反射干渉波形をモニタする光の波長が、４５０ｎｍ乃至５５０ｎｍである。

上記実施形態によれば、波長が４５０ｎｍ乃至５５０ｎｍの光の反射干渉波形をモニタすることによって、ＡｌＧａＩｎＰからなる第２および第３上クラッド層に挟まれたＡｌＧａＡｓからなるエッチングマーカ層を容易に検出できる。

例えば、横軸をエッチング時間(単位：秒)とし縦軸を反射干渉光の反射強度(単位：ｃｐｓ(count per second):１秒間当たりのフォトン(光子)のカウント数(検出数))とした図７Ａ,図７Ｂに示すように、モニタ光の波長が４５０ｎｍ,５５０ｎｍでは、第３上クラッド層の始点、および第３上クラッド層からエッチングマーカ層への移行点が反射強度の変化から明瞭に分かる。一方、モニタ光の波長が６７０ｎｍでは、図７Ｃに示すように、第３上クラッド層の始点、および第３上クラッド層からエッチングマーカ層への移行点が明瞭にならない。そして、実験の結果、モニタ光の波長が５５０ｎｍを上回ると、各半導体層での反射強度の差が不明確になり、界面が明確に分からなくなることが判明した。

一方、モニタ光の波長が４５０ｎｍを下回ると、第３上クラッド層とエッチングマーカ層との界面の直近までエッチングしないと干渉波形が明確に現れなないので、製造工程での利用が実質的にできなくなる。なお、特に、干渉波形の波の数をカウントしてエッチング深さを検出する場合には、干渉波形が明確でないとエッチング深さを検出できなくなる。

また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記第２上クラッド層の厚さが、３０ｎｍ乃至１００ｎｍである。

この実施形態よれば、第２上クラッド層の厚さを３０ｎｍ以上としたことで、ドライエッチング工程においてドライエッチングを停止させるときに、第２上クラッド層中でエッチングを容易に停止できる。これに対し、第２上クラッド層の厚さが３０ｎｍ未満では、例えば、前述の図７Ｂに示すようなモニタ光の波長が５５０ｎｍでの測定結果において、第３上クラッド層における干渉波形の１つの山(半波長)分の寸法よりも第２上クラッド層の厚さが薄くなる。このため、エッチングが第３上クラッド層からエッチングマーカ層を通過して第２上クラッド層へ進行したことを検出し難くなって、第２上クラッド層の途中でエッチングを停止させることが困難になる。

一方、第２上クラッド層の厚さを１００ｎｍ以下としたことで、ドライエッチング工程後のウエットエッチング工程で除去すべき第２上クラッド層の厚さを小さくできるので、等方的エッチングとなるウエットエッチング時間を短縮できる。よって、リッジ部の側面の垂直性を向上でき、キンクを抑制できる。

また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記ＡｌＧａＡｓからなるエッチングマーカ層の厚さが５ｎｍ乃至１５ｎｍである。

この実施形態によれば、上記ＡｌＧａＡｓからなるエッチングマーカ層の厚さが５ｎｍ以上であるので、上記反射干渉波形を明確にモニタすることができる。これにより、ドライエッチングの終点時機を明確に判別できる。また、上記エッチングマーカ層の厚さを１５ｎｍ以下としているので、エッチングマーカ層の存在が半導体レーザ素子の特性に悪影響を与えることを回避できる。

なお、上記エッチングマーカ層の厚さが５ｎｍ未満では反射干渉波形でエッチングマーカ層を明確に検出することが困難になる一方、上記エッチングマーカ層の厚さが１５ｎｍを超えると半導体レーザ素子の光閉じ込めに悪影響を及ぼす。

また、この発明の別の側面に係る半導体レーザ素子は、半導体基板上に、少なくとも、下クラッド層と、活性層と、第１上クラッド層と、上記第１上クラッド層とは組成が異なるエッチングストップ層と、上記エッチングストップ層とは組成が異なる第２上クラッド層と、上記第２上クラッド層とは組成が異なるエッチングマーカ層と、上記エッチングマーカ層とは組成が異なる第３上クラッド層と、コンタクト層とが順に積層された半導体積層構造部を備え、
上記半導体積層構造部は、
上記半導体積層構造部の表面から上記エッチングストップ層が露出する深さまで形成された一対のストライプ状凹部と、
上記一対のストライプ状凹部の間に形成されると共に上記半導体基板の表面に対して略垂直な側面を持つリッジ部と、
上記リッジ部とで各ストライプ状凹部を挟むように形成されたリッジテラス部とを有し、
上記リッジ部と上記リッジテラス部とが導波路を構成していることを特徴としている。

この半導体レーザ素子は、半導体積層構造部が、第１上クラッド層上のエッチングストップ層と、第２上クラッド層上のエッチングマーカ層を有している。よって、エッチングマーカ層でもってドライエッチングの終点を精度良く検出でき、かつ、エッチングストップ層でもってウエットエッチングを終了させる本発明の製造方法で製造できる。よって、加工形状の制御性と高さの制御性の両方が良いリッジ部となり、キンクを抑制でき、高出力動作が可能となる。また、上記エッチングマーカ層の厚さを１５ｎｍ以下とした場合には、エッチングマーカ層の存在が半導体レーザ素子の特性に悪影響を与えることを回避でき、特性劣化や歩留りの低下を回避できる。

また、この発明の光ディスク装置は、上記半導体レーザ素子を光源として備えたことを特徴としている。

この光ディスク装置は、光源としての半導体レーザ素子がキンクの発生を十分に抑制できるので、従来の半導体レーザ素子に比して、より高出力まで動作する。この結果、この発明の光ディスク装置では、従来の光ディスク装置よりも高速な読み書きが可能になる。

この発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、エッチングマーカ層を利用してドライエッチング工程の終点を検出し、ドライエッチングを停止しているので、従来の時間制御法に比べて、より深くまで精度良くドライエッチングを続けることができる。さらに、このドライエッチング工程に続くウエットエッチング工程において、エッチングストップ層を利用してウエットエッチングを行うので、リッジ部の高さを精密に制御できると共に、等方的に進むウエットエッチングの時間を短縮できる。

したがって、この発明によれば、高さ制御性と垂直性に優れたリッジ部を作製でき、キンクの発生を十分に抑制でき、高出力動作が可能な半導体レーザ素子の製造方法を実現できる。

以下、この発明の半導体レーザ素子とその製造方法および光ディスク装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。

なお、この明細書を通じて、「上」とは、基板から離れる方向を意味し、「下」とは、基板へ近づく方向を意味する。結晶成長は「下」から「上」の方向へ向かって進行する。

(第１の実施の形態)
図１は、この発明の第１実施形態の半導体レーザ素子の構造を示したものである。

この第１実施形態の半導体レーザ素子は、出射光の波長が６５０ｎｍである赤色の半導体レーザ素子である。この半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、順に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ型(Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３)_０.５Ｉｎ_０.５Ｐ下クラッド層１０３、(Ａｌ_{０.５４５}Ｇａ_{０.４５５})_０.５Ｉｎ_０.５Ｐ下ガイド層１０４、多重歪量子井戸活性層１０５、(Ａｌ_{０.５４５}Ｇａ_{０.４５５})_０.５Ｉｎ_０.５Ｐ上ガイド層１０６、ｐ型(Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３)_０.５Ｉｎ_０.５Ｐ第１上クラッド層１０７、Ｇａ_０.６３Ｉｎ_０.３７Ｐエッチングストップ層１０８が形成されている。

また、このＧａ_０.６３Ｉｎ_０.３７Ｐエッチングストップ層１０８上に、リッジ部１２０、および、このリッジ部１２０の両側に所定間隔を隔てたリッジテラス１２１Ａ,１２１Ｂが形成されている。このリッジ部１２０とリッジテラス１２１Ａ,１２１Ｂは、それぞれ、エッチングストップ層１０８上に順に形成されたｐ型(Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３)_０.５Ｉｎ_０.５Ｐ第２上クラッド層１０９、ｐ型Ａｌ_０.４Ｇａ_０.６Ａｓエッチングマーカ層１１０、ｐ型(Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３)_０.５Ｉｎ_０.５Ｐ第３上クラッド層１１１とｐ型Ｇａ_０.５１Ｉｎ_０.４９Ｐ中間層１１２、ｐ^＋型ＧａＡｓコンタクト層１１３を備えている。

上記リッジ部１２０とリッジテラス１２１Ａ,１２１Ｂおよび上記バッファ層１０２から上記エッチングストップ層１０８までの層が半導体積層構造部を構成している。また、図１に示すように、リッジ部１２０とリッジテラス１２１Ａとリッジテラス１２１Ｂは、それぞれ、ストライプ状にエッチング加工されている。なお、リッジ部１２０とリッジテラス１２１Ａ,１２１Ｂが導波路を構成している。そして、リッジテラス１２１Ａ,１２１Ｂは、コンタクト層１１３側を底部としてステムやパッケージにマウントする(すなわち、ジャンクションダウン実装する)際に、リッジ部１２０が破損しないように設けられるものである。

図１に示すように、リッジ部１２０およびリッジテラス１２１Ａ,１２１Ｂの側面部およびエッチングストップ層１０８およびリッジテラス１２１Ａ,１２１Ｂの上には、ＳｉＯ_２からなる絶縁層１１４が形成されている。なお、リッジ部１２０のコンタクト層１１３上には絶縁層１１４が形成されていない。

上記絶縁層１１４、および上記リッジ部１２０のｐ^＋型ＧａＡｓコンタクト層１１３の上には、ｐ側電極１１５が形成されている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の上記半導体積層構造部が積層されている側と反対側の面には、ｎ側電極１１６が形成されている。

(第２の実施の形態)
次に、図２から図５を順に参照して、図１に示す第１実施形態の半導体レーザ素子を製造する方法である第２実施形態を説明する。

まず、積層工程では、図２に示すように、３インチ径のｎ型ＧａＡｓ基板(ウエハ)１０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２(層厚：５００ｎｍ)、ｎ型(Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３)_０.５Ｉｎ_０.５Ｐ下クラッド層１０３(層厚：２.８μｍ)、(Ａｌ_{０.５４５}Ｇａ_{０.４５５})_０.５Ｉｎ_０.５Ｐ下ガイド層１０４(層厚：５５ｎｍ)、多重歪量子井戸活性層１０５、(Ａｌ_{０.５４５}Ｇａ_{０.４５５})_０.５Ｉｎ_０.５Ｐ上ガイド層１０６(層厚：５５ｎｍ)、ｐ型(Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３)_０.５Ｉｎ_０.５Ｐ第１上クラッド層１０７(層厚：２４５ｎｍ)、Ｇａ_０.６３Ｉｎ_０.３７Ｐエッチングストップ層１０８(層厚：１３ｎｍ)、ｐ型(Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３)_０.５Ｉｎ_０.５Ｐ第２上クラッド層１０９(層厚：５０ｎｍ)、ｐ型Ａｌ_０.４Ｇａ_０.６Ａｓエッチングマーカ層１１０(層厚：１５ｎｍ)、ｐ型(Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３)_０.５Ｉｎ_０.５Ｐ第３上クラッド層１１１(層厚：１.０μｍ)とｐ型Ｇａ_０.５１Ｉｎ_０.４９Ｐ中間層１１２(層厚：３５ｎｍ)、ｐ^＋型ＧａＡｓコンタクト層１１３(層厚：５００ｎｍ)を順次、ＭＯＣＶＤ(有機金属気相成長法)にて結晶成長させて、半導体積層構造部１００を形成する。

上記多重歪量子井戸活性層１０５は、Ｇａ_{０.４４５}Ｉｎ_{０.５５５}Ｐ量子井戸層(層厚：５ｎｍ、４層)と(Ａｌ_{０.５４５}Ｇａ_{０.４５５})_０.５Ｉｎ_０.５Ｐ障壁層(層厚：６.３ｎｍ、３層)を交互に配して形成される。なお、多重歪量子井戸活性層１０５の構造は、この発明の本質とは直接関係無いため、多重歪量子井戸活性層１０５の詳細な断面構造は図示していない。

次に、マスク形成工程では、図３に示すように、上記基板１０１上に形成した上記半導体多層構造部１００のコンタクト層１１３上にプラズマＣＶＤ法を用いてＳｉＯ_２膜(膜厚：４００ｎｍ)を成膜する。続いて、このＳｉＯ_２膜上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー技術を用いて基板(ウェハ)１０１の中央付近に略矩形のエッチングモニタ用開口部１１７と、リッジ部を形成するためのストライプ状のリッジ形成用開口部１１８とを有するＳｉＯ_２膜からなるマスク１１９を形成する。なお、ここでは、上記ＳｉＯ_２膜のパターニングには、ＲＩＥ(反応性イオンエッチング)法を用いた。

次に、ドライエッチング工程では、図４に示すように、図３のマスク１１９を用いてエッチングモニタ用開口部１１７とリッジ形成用開口部１１８から露出した半導体多層構造部１００の領域をＩＣＰ(誘導結合プラズマ)エッチャー装置を使用してドライエッチングする。このとき、上記エッチングモニタ用開口部１１７には可視光を照射し、この可視光の反射干渉光の強度を観察することによってドライエッチングの進行状況をモニタリングする。この方法によれば、エッチングが進行して、上記半導体多層構造部１００の或る半導体層(コンタクト層１１３,中間層１１２,第３上クラッド層１１１,エッチングマーカ層１１０等)の厚さが薄くなって行くに従って、上記或る半導体層の表面からの反射光とその下の半導体層との界面からの反射光の光路長差に起因して干渉光強度が大きくなって行く。

そして、上記或る半導体層の厚さがゼロになった時点で上記干渉光強度がゼロになるので、上記或る半導体層のエッチングの完了を知ることができる。したがって、この干渉光強度をモニタリングすることによって、上記エッチングマーカ層１１０のエッチングが完了したことを検出した時点でドライエッチングを終了させる。

ここでは、上記ドライエッチングのエッチングガスをＣｌ_２として、ガス圧０.０１(Ｔｏｒｒ)としてエッチングを行った。なお、上記エッチングガスとしては、Ｃｌ_２の他に、ＳｉＣｌ_４やＢＣｌ_３などの塩素系ガスも使用することができる。

また、上記ドライエッチングの進行状況をモニタリングするために照射する可視光としては、４５０〜５５０ｎｍ程度の単色光が適切であるが、上記波長範囲を含む白色光を照射した後、その反射光を分光して波長４５０〜５５０ｎｍの光についてモニタリングする方法を用いてもよい。この実施形態では、白色光源であるキセノンランプで発生させた光を照射し、分光器を介して５００ｎｍの反射光を取り出しモニタリングを実施した。

続いて、ウェットエッチング工程では、ふっ酸(ＨＦ)を用いて、エッチングストップ層１０８が露出するまで、ウェットの選択エッチングを行う。前工程(ドライエッチング工程)において、エッチングマーカ層１１０を利用してエッチングモニタを行いながら、エッチングストップ層１０８に到達するぎりぎりまでドライエッチングしているので、等方的にエッチングされるウェットエッチング(選択エッチング)工程の所要時間を必要最小限にできる。

さらに、第２上クラッド層１０９および第３上クラッド層１１１の材料である(Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３)_０.５Ｉｎ_０.５Ｐとエッチングマーカ層１１０の材料であるＡｌ_０.４Ｇａ_０.６Ａｓとは、ふっ酸によるエッチングレートがほぼ等しい。このため、このウエットエッチング工程を経ても、エッチングマーカ層１１０の部分が上クラッド層１０９,１１１に対して出っ張ったり、引っ込んだりすることがない。すなわち、リッジ部１２０の垂直性を阻害することがない。そして、このウェットエッチング工程を行うことによって、前工程のドライエッチング工程でドライエッチングを行ったことによりリッジ部１２０の表面に付着した反応生成物を除去できると共にダメージ導入層を除去できる。
続いて、図５に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、厚さ１５０ｎｍのＳｉＯ_２を成膜し、リッジ部１２０の上部をなすコンタクト層１１３が露出するようにフォトリソグラフィー法を用いてエッチング加工し、絶縁膜１１４を形成する。さらに、リッジ部１２０のコンタクト層１１３および絶縁膜１１４上に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕの順に金属薄膜を蒸着形成してｐ側電極１１５を形成する。

そして、このｐ側電極１１５を形成した後、図１に示すように、基板１０１を裏面側から所望の厚さ(ここでは、約１１０μｍ)にまで、ラッピング法により研削する。そして、基板１０１の裏面側から抵抗加熱蒸着法を用いて、ｎ側電極材料としてＡｕＧｅ合金(Ａｕ８８％とＧｅ１２％との合金)、Ｎｉ、Ａｕを積層形成し、Ｎ_２雰囲気中で３９０℃で１分間加熱し、ｎ側電極材料のアロイ処理を行う。こうして、ｎ側電極１１６が形成される。

上述の各工程を経て得られたウエハを、所望の共振器長(ここでは、１５００μｍ)を有する複数のバーに分割した後、上記バーに端面コーティングを行い、さらに上記バーをチップ(１５００μｍ×２００μｍ)に分割する。分割後のチップをサブマウントに実装した後、サブマウントごとステムにダイボンドし、更にワイヤーボンディングを実施して半導体レーザ素子が完成する。

この第２実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、エッチングマーカ層１１０で反射した反射干渉光による信号を検知し、エッチングマーカ層１１０のエッチングが完了したことを検出することによってドライエッチングを停止させる。よって、この第２実施形態では、コンタクト層１１１のエッチング開始からの時間制御でドライエッチングを停止させる従来例に比べて、図４に示す第２上クラッド層１０９のドライエッチング後の下部層１０９Ａの層厚加工精度が大幅に向上する。

さらに、この実施形態では、上述のように、第２,第３上クラッド層１０９,１１１の材料組成とエッチングマーカ層１１０の材料組成を適切に選択することによって、ウエットエッチング工程における第２,第３上クラッド層１０９,１１１のエッチングレートを、ウエットエッチング工程におけるエッチングマーカ層１１０のエッチングレートに合わせることができる。その結果、ウエットエッチング工程後のリッジ部１２０の側面の垂直性を悪化させることがない。

より具体的には、第２,第３上クラッド層１０９,１１１としてＡｌのIII族混晶比が０.３〜０.４であるようなＡｌＧａＩｎＰと、Ａｌ混晶比が０.３５〜０.４５であるようなＡｌＧａＡｓからなるエッチングマーカ層１１０とを組み合せることが好ましい。

また、第２上クラッド層１０９の厚さは３０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下とすることが好ましい。この場合、エッチングマーカ層１１０での反射干渉光による信号を観察し、エッチングマーカ層１１０のエッチング完了を検出して、ドライエッチング工程を停止させたときに、第２上クラッド層１０９中でエッチングが容易に停止する。その上、ドライエッチング工程後のウエットエッチングで除去すべき第２上クラッド層１０９の厚さが小さくなるので、等方的エッチングとなるウエットエッチング時間を短縮させることができる。

なお、この実施形態においては、一例として、第２および第３上クラッド層としてＡｌのIII族混晶比を０.３５、エッチングマーカ層１１０のＡｌ混晶比を０.４とし、第２上クラッド層１０９の厚さを５０ｎｍとした。

また、エッチングマーカ層１１０の厚さを５ｎｍ以上とすることによって、反射干渉波形を明確に判別できるようになる。さらに、厚さを１５ｎｍ以下とすることによって、第２上クラッド層１０９と第３上クラッド層１１１との間にエッチングマーカ層１１０を介挿したことによる光学特性のズレを考慮する必要をほとんどなくすることができる。この実施形態では、一例として、エッチングマーカ層１１０の厚さを１５ｎｍとした。

これらの結果、この第２実施形態の製造方法によれば、リッジ部１２０の側面１２０Ａ,１２０Ｂの垂直性に優れ、従来のドライエッチングによる製造方法に比べて、キンクを更に抑制でき、高出力動作が可能な半導体レーザ素子を製造できる。

(第３の実施の形態)
次に、図６に、この発明にかかる第３実施形態である光ディスク装置２００の構造の一例を示す。この光ディスク装置２００は、光ディスク２０１にデータを書き込んだり、光ディスク２０１に書き込まれたデータを再生したりするためのものである。この光ディスク装置２００は、上記書き込み,再生の際に用いられる発光素子として、先述した第２実施形態で製造した波長６５０ｎｍ帯で発振する半導体レーザ素子２０２を備えている。

この光ディスク装置２００についてさらに詳しく説明する。この光ディスク装置２００では、書き込みの際は、半導体レーザ素子２０２から出射された信号光Ｌがコリメートレンズ２０３により平行光とされ、ビームスプリッタ２０４を透過して、λ／４偏光板２０５で偏光状態が調節された後、対物レンズ２０６で集光されて光ディスク２０１に照射される。

一方、読み出し時には、データ信号がのっていないレーザ光が書き込み時と同じ経路をたどって光ディスク２０１に照射される。このレーザ光がデータの記録された光ディスク２０１の表面で反射され、レーザ光照射用対物レンズ２０６、λ／４偏光板２０５を経た後、ビームスプリッタ２０４で反射されて９０°角度を変えた後、受光素子用対物レンズ２０７で集光され、信号検出用受光素子２０８に入射する。信号検出用受光素子２０８内に入射したレーザ光の強弱によって、光ディスク２０１に記録されたデータ信号が電気信号に変換され、信号光再生回路２０９において元の信号に再生される。

この第２実施形態の光ディスク装置は、より高出力までキンクの発生が抑制できる半導体レーザ素子２０２を備えているので、従来の光ディスク装置に比べてより高速な書き込みが可能となった。

なお、ここでは、波長６５０ｎｍで発振する半導体レーザ素子２０２を記録再生型の光ディスク装置に適用した例について説明したが、前述の第２実施形態の製造方法を適用して作製した他の波長帯(例えば７８０ｎｍ帯)の半導体レーザ素子を備えた光ディスク装置にも本発明を適用可能であることは言うまでもない。

この発明の第１実施形態の半導体レーザ素子の断面模式図である。 この発明の第２実施形態である半導体レーザ素子の製造方法の積層工程を説明するための結晶成長後の状態を表す模式図である。 上記第２実施形態のマスク形成工程を説明するための模式図である。 上記第２実施形態のドライエッチング工程,ウエットエッチング工程を説明するための模式図である。 上記第２実施形態の上記ウエットエッチング工程に引き続いて、ｐ側電極形成工程まで終了した状態を表す図である。 この発明の第３実施形態の光ディスク装置の概略図である。 この発明のドライエッチング工程において、第３上クラッド層，エッチングマーカ層を順次エッチングしているときに、波長が４５０ｎｍのモニタ光で反射干渉光をモニタしている場合での反射干渉光の反射強度波形を表す図である。 この発明のドライエッチング工程において、第３上クラッド層，エッチングマーカ層を順次エッチングしているときに、波長が４５０ｎｍのモニタ光で反射干渉光をモニタしている場合での反射干渉光の反射強度波形を表す図である。 この発明のドライエッチング工程の比較例において、第３上クラッド層，エッチングマーカ層を順次エッチングしているときに、波長が６７０ｎｍのモニタ光で反射干渉光をモニタしている場合での反射干渉光の反射強度波形を表す図である。 終点検出層を用いてドライエッチングの深さ制御を行う従来例で作製したリッジ部の一例を示す断面模式図である。 上記従来例で作製したリッジ部の他の一例を示す断面模式図である。

符号の説明

１００ 半導体積層構造部
１０１ ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１０３ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層
１０４ ＡｌＧａＩｎＰ下ガイド層
１０５ 多重歪量子井戸活性層
１０６ ＡｌＧａＩｎＰ上ガイド層
１０７ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１上クラッド層
１０８ ＧａＩｎＰエッチングストップ層
１０９ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２上クラッド層
１１０ ｐ型ＡｌＧａＡｓエッチングマーカ層
１１１ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第３上クラッド層
１１２ ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
１１３ ｐ^＋型ＧａＡｓコンタクト層
１１４ 絶縁層
１１５ ｐ側電極
１１６ ｎ側電極
１１７ エッチングモニタ用開口部
１１８ ストライプ状のリッジ形成用開口部
１１９ マスク
１２０ リッジ部
１２１Ａ、１２１Ｂ リッジテラス
２００ 光ディスク装置
２０１ 光ディスク
２０２ 半導体レーザ素子
２０３ コリメートレンズ
２０４ ビームスプリッタ
２０５ λ／４偏光板
２０６ レーザ光照射用対物レンズ
２０７ 受光素子用対物レンズ
２０８ 信号検出用受光素子
２０９ 信号光再生回路

Claims (8)

1. 基板上に、少なくとも、下クラッド層と、活性層と、第１上クラッド層と、上記第１上クラッド層とは組成が異なるエッチングストップ層と、上記エッチングストップ層とは組成が異なる第２上クラッド層と、上記第２上クラッド層とは組成が異なるエッチングマーカ層と、上記エッチングマーカ層とは組成が異なる第３上クラッド層と、コンタクト層とが順に積層された半導体積層構造部を形成する積層工程と、
   エッチングモニタを行うための第１の開口部と上記半導体積層構造部にストライプ状のリッジ部を形成するための第２の開口部とを有するマスクを、上記コンタクト層上に形成するマスク形成工程と、
   上記マスクを用いて、上記半導体積層構造部をドライエッチングしながら、上記マスクの上記第１の開口部に光を照射し、この光が上記半導体積層構造部で反射して発生する反射干渉光をモニタすることで、上記エッチングマーカ層がエッチングされていることを観察した後、上記第２上クラッド層の途中でドライエッチングを停止させるドライエッチング工程と、
   上記第２上クラッド層を上記エッチングストップ層に対して選択的にウエットエッチング法にてエッチングして上記リッジ部を形成するウエットエッチング工程とを有することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
2. 請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
   上記第１、第２および第３上クラッド層がＡｌＧａＩｎＰであり、上記エッチングストップ層がＧａＩｎＰであり、上記エッチングマーカ層がＡｌＧａＡｓであることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
3. 請求項２に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
   上記ＡｌＧａＩｎＰからなる第２および第３上クラッド層のＡｌのIII族混晶比が０.３乃至０.４であり、
   上記ＡｌＧａＡｓからなるエッチングマーカ層のＡｌ混晶比が０.３５乃至０.４５であり、
   上記第２上クラッド層をエッチングするウエットエッチング工程において、エッチャントとしてふっ酸を使用することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
4. 請求項２に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
   上記反射干渉波形をモニタする光の波長が、４５０ｎｍ乃至５５０ｎｍであることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
5. 請求項２に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
   上記第２上クラッド層の厚さが、３０ｎｍ乃至１００ｎｍであることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
6. 請求項３に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
   上記ＡｌＧａＡｓからなるエッチングマーカ層の厚さが５ｎｍ乃至１５ｎｍであることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
7. 半導体基板上に、少なくとも、下クラッド層と、活性層と、第１上クラッド層と、上記第１上クラッド層とは組成が異なるエッチングストップ層と、上記エッチングストップ層とは組成が異なる第２上クラッド層と、上記第２上クラッド層とは組成が異なるエッチングマーカ層と、上記エッチングマーカ層とは組成が異なる第３上クラッド層と、コンタクト層とが順に積層された半導体積層構造部を備え、
   上記半導体積層構造部は、
   上記半導体積層構造部の表面から上記エッチングストップ層が露出する深さまで形成された一対のストライプ状凹部と、
   上記一対のストライプ状凹部の間に形成されると共に上記半導体基板の表面に対して略垂直な側面を持つリッジ部と、
   上記リッジ部とで各ストライプ状凹部を挟むように形成されたリッジテラス部とを有し、
   上記リッジ部と上記リッジテラス部とが導波路を構成していることを特徴とする半導体レーザ素子。
8. 請求項７に記載の半導体レーザ素子を光源として備えたことを特徴とする光ディスク装置。

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