JP2009094289A - モノリシック半導体レーザの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザ特性のバラツキを抑えて信頼性を向上させることができるモノリシック半導体レーザの製造方法を得る。
【解決手段】素子間分離された第1,第2の半導体レーザ19,29を形成する。第2の半導体レーザ29の第4の上クラッド層26と第2のコンタクト層27を合わせた膜厚Xが第1の半導体レーザ19の第2の上クラッド層16と第1のコンタクト層17を合わせた膜厚Yよりも薄くなるようにする。レジスト31をマスクとしたドライエッチングにより、第1,第2の半導体レーザ19,29に第1,第2のリッジ32,33を形成し、第2のリッジ33の横の部分において第2のエッチングストッパ層25が露出した時点でドライエッチングを停止する。レジスト31をマスクとしたウェットエッチングにより、第1のリッジ32の横の部分において第1のエッチングストッパ層15上に残っている第2の上クラッド層16を選択的に除去する。
【選択図】図6
【解決手段】素子間分離された第1,第2の半導体レーザ19,29を形成する。第2の半導体レーザ29の第4の上クラッド層26と第2のコンタクト層27を合わせた膜厚Xが第1の半導体レーザ19の第2の上クラッド層16と第1のコンタクト層17を合わせた膜厚Yよりも薄くなるようにする。レジスト31をマスクとしたドライエッチングにより、第1,第2の半導体レーザ19,29に第1,第2のリッジ32,33を形成し、第2のリッジ33の横の部分において第2のエッチングストッパ層25が露出した時点でドライエッチングを停止する。レジスト31をマスクとしたウェットエッチングにより、第1のリッジ32の横の部分において第1のエッチングストッパ層15上に残っている第2の上クラッド層16を選択的に除去する。
【選択図】図6
Description
本発明は、レーザ特性のバラツキを抑えて信頼性を向上させることができるモノリシック半導体レーザの製造方法に関するものである。
発光波長が異なるCD用の半導体レーザとDVD用の半導体レーザを同一基板上に形成したモノリシック半導体レーザが用いられている(例えば、特許文献1,2参照)。
従来のモノリシック半導体レーザの製造方法について図面を参照しながら説明する。まず、図24に示すように、GaAs基板10上に、バッファ層11、第1の下クラッド層12、第1の活性層13、第1の上クラッド層40、第2の上クラッド層41及び第1のコンタクト層17を形成する。そして、全面にフォトレジスト18を形成し、パターニングする。
次に、フォトレジスト18をマスクとして用いて、バッファ層11、第1の下クラッド層12、第1の活性層13、第1の上クラッド層40、第2の上クラッド層41及び第1のコンタクト層17をエッチングする。その後、フォトレジスト18は除去する。これにより、図25に示すように、CD用の半導体レーザ19が形成される。
次に、全面に、バッファ層21、第2の下クラッド層22、第2の活性層23、第3の上クラッド層24、第2のエッチングストッパ層25、第4の上クラッド層26、及び第2のコンタクト層27を形成する。そして、フォトリソグラフィにより、バッファ層21、第2の下クラッド層22、第2の活性層23、第3の上クラッド層24、第2のエッチングストッパ層25、第4の上クラッド層26、及び第2のコンタクト層27をエッチングする。これにより、図26に示すように、CD用の半導体レーザ19とは素子間分離されたDVD用の半導体レーザ29が形成される。
次に、図27に示すように、全面にフォトレジスト31を形成し、パターニングする。そして、図28に示すように、フォトレジスト31をマスクとして用いて、CD用の半導体レーザ19の第1のコンタクト層17、第2の上クラッド層41及び第1の上クラッド層40と、DVD用の半導体レーザ29の第2のコンタクト層27及び第4の上クラッド層26とを同時にドライエッチングする。これにより、CD用の半導体レーザ19とDVD用の半導体レーザ29にそれぞれ第1,第2のリッジ32,33が形成される。その後、図29に示すように、フォトレジスト31を除去する。
第1,第2のリッジ32,33を形成する際に、DVD用の半導体レーザ29の第2のエッチングストッパ層25からの発光を検出してドライエッチングの終点としている。このため、DVD用の半導体レーザ29については、第2の活性層23上のエピ層の膜厚を高精度に制御することができる。一方、CD用の半導体レーザ19はエッチングストッパ層を持たない。このため、本来エッチングの終点となる第1の上クラッド層40でエッチングを止めようとしてもDVD用半導体レーザ29のエッチングに影響されて、CD用半導体レーザ19のエッチングの終点はばらついてしまう。そのため、CD用の半導体レーザ19については、第1の活性層13上のエピ層の膜厚を高精度に制御することはできなかった。これにより、レーザ特性のバラツキが生じて信頼性が低下するという問題があった。
また、特許文献1では、リッジ形成後にブロック層やコンタクト層を再成長しているため、活性層に余分な熱履歴が加わる。これにより、レーザ特性のバラツキが生じて信頼性が低下するという問題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、レーザ特性のバラツキを抑えて信頼性を向上させることができるモノリシック半導体レーザの製造方法を得るものである。
本発明に係るモノリシック半導体レーザの製造方法は、半導体基板上に、第1の半導体レーザの第1の下クラッド層、第1の活性層、第1の上クラッド層、第1のエッチングストッパ層、第2の上クラッド層及び第1のコンタクト層を形成する工程と、半導体基板上に、第1の半導体レーザとは素子間分離された第2の半導体レーザの第2の下クラッド層、第2の活性層、第3の上クラッド層、第2のエッチングストッパ層、第4の上クラッド層及び第2のコンタクト層を、第4の上クラッドと第2のコンタクト層を合わせた膜厚が第2の上クラッド層と第1のコンタクト層を合わせた膜厚よりも薄くなるように形成する工程と、全面にレジストを形成し、レジストをパターニングして第1,第2の半導体レーザ上に開口を形成する工程と、レジストをマスクとしたドライエッチングにより、第2の上クラッド層及び第1のコンタクト層と、第4の上クラッド層及び第2のコンタクト層に、それぞれ第1,第2のリッジを同時に形成し、第2のリッジの横の部分において第2のエッチングストッパ層が露出した時点でドライエッチングを停止する工程と、レジストをマスクとしたウェットエッチングにより、第1のリッジの横の部分において第1のエッチングストッパ層上に残っている第2の上クラッド層を選択的に除去する工程とを備える。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
本発明により、レーザ特性のバラツキを抑えて信頼性を向上させることができる。
実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係るモノリシック半導体レーザの製造方法について図面を参照しながら説明する。まず、図1に示すように、GaAs基板10(半導体基板)上に、AIGaAs又はGaAsからなるバッファ層11、AlGaInPからなるか又は下層のAlGaInPと上層のAlGaAsを有する多層構造の第1の下クラッド層12、AlGaAsやAlGaAs/GaAsからなる多重量子井戸構造の第1の活性層13、AlGaAsからなる第1の上クラッド層14、第1のエッチングストッパ層15、AlGaInPからなる第2の上クラッド層16、及び第1のコンタクト層17を順番に形成する。そして、全面にフォトレジスト18を形成し、パターニングする。
本発明の実施の形態1に係るモノリシック半導体レーザの製造方法について図面を参照しながら説明する。まず、図1に示すように、GaAs基板10(半導体基板)上に、AIGaAs又はGaAsからなるバッファ層11、AlGaInPからなるか又は下層のAlGaInPと上層のAlGaAsを有する多層構造の第1の下クラッド層12、AlGaAsやAlGaAs/GaAsからなる多重量子井戸構造の第1の活性層13、AlGaAsからなる第1の上クラッド層14、第1のエッチングストッパ層15、AlGaInPからなる第2の上クラッド層16、及び第1のコンタクト層17を順番に形成する。そして、全面にフォトレジスト18を形成し、パターニングする。
次に、フォトレジスト18をマスクとしたエッチングにより、DVD用の半導体レーザ(後述)の形成領域と素子間分離領域において、バッファ層11、第1の下クラッド層12、第1の活性層13、第1の上クラッド層14、第1のエッチングストッパ層15、第2の上クラッド層16、及び第1のコンタクト層17を除去する。その後、フォトレジスト18は除去する。これにより、図2に示すように、CD用の半導体レーザ19(第1の半導体レーザ)が形成される。
次に、図3に示すように、GaAs基板10上に、バッファ層21、AlGaInPからなる第2の下クラッド層22、第2の活性層23、AlGaInPからなる第3の上クラッド層24、第2のエッチングストッパ層25、AlGaInPからなる第4の上クラッド層26、及び第2のコンタクト層27を順番に形成する。そして、全面にフォトレジスト28を形成し、パターニングする。
次に、フォトレジスト28をマスクとしたエッチングにより、CD用の半導体レーザ19の形成領域と素子間分離領域において、バッファ層21、第2の下クラッド層22、第2の活性層23、第3の上クラッド層24、第2のエッチングストッパ層25、第4の上クラッド層26、及び第2のコンタクト層27を除去する。その後、フォトレジスト28は除去する。これにより、図4に示すように、CD用の半導体レーザ19とは素子間分離されたDVD用の半導体レーザ29(第2の半導体レーザ)が形成される。ここで、DVD用の半導体レーザ29の第4の上クラッド層26と第2のコンタクト層27を合わせた膜厚XがCD用の半導体レーザ19の第2の上クラッド層16と第1のコンタクト層17を合わせた膜厚Yよりも薄くなるようにする。
次に、図5に示すように、全面にフォトレジスト31(レジスト)を形成し、フォトレジスト31をパターニングしてCD用の半導体レーザ19とDVD用の半導体レーザ29の上に開口を形成する。そして、図6に示すように、フォトレジスト31をマスクとしたドライエッチングにより、CD用の半導体レーザ19の第1のコンタクト層17及び第2の上クラッド層16に第1のリッジ32を形成し、DVD用の半導体レーザ29の第2のコンタクト層27及び第4の上クラッド層26に第2のリッジ33を同時に形成する。この際に、DVD用の半導体レーザ29の第2のエッチングストッパ層25からの発光を検出して、第2のリッジ33の横の部分において第2のエッチングストッパ層25が露出した時点でドライエッチングを停止する。これにより、第1のリッジ32の底部においてCD用の半導体レーザ19の第1のエッチングストッパ層15上に第2の上クラッド層16が残った状態となる。
次に、図7に示すように、フォトレジスト31をマスクとして、酒石酸などを用いたウェットエッチングにより、第1のリッジ32の横の部分においてCD用の半導体レーザ19の第1のエッチングストッパ層15上に残っている第2の上クラッド層16を選択的に除去する。その後、図8に示すように、フォトレジスト31を除去する。
上記の工程により、両半導体レーザにおいて、リッジ形成のためのエッチングをそれぞれエッチングストッパ層で停止させることができる。従って、活性層上のエピ層の膜厚を高精度に制御することができるため、レーザ特性のバラツキを抑えて信頼性を向上させることができる。
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係るモノリシック半導体レーザの製造方法について図面を参照しながら説明する。まず、図9に示すように、GaAs基板10(半導体基板)上に、AIGaAs又はGaAsからなるバッファ層11、AlGaInPからなるか又は下層のAIGaInPと上層のAIGaAsを有する多層構造の第1の下クラッド層12、AlGaAsやAlGaAs/GaAsからなる多重量子井戸構造の第1の活性層13、AlGaAsからなる第1の上クラッド層14、第1のエッチングストッパ層15、AlGaInPからなる第2の上クラッド層16、及び第1のコンタクト層17を順番に形成する。そして、フォトリソグラフィとエッチングにより、DVD用の半導体レーザ(後述)の形成領域と素子間分離領域において、バッファ層11、第1の下クラッド層12、第1の活性層13、第1の上クラッド層14、第1のエッチングストッパ層15、第2の上クラッド層16、及び第1のコンタクト層17を除去する。これにより、CD用の半導体レーザ19(第1の半導体レーザ)が形成される。
本発明の実施の形態2に係るモノリシック半導体レーザの製造方法について図面を参照しながら説明する。まず、図9に示すように、GaAs基板10(半導体基板)上に、AIGaAs又はGaAsからなるバッファ層11、AlGaInPからなるか又は下層のAIGaInPと上層のAIGaAsを有する多層構造の第1の下クラッド層12、AlGaAsやAlGaAs/GaAsからなる多重量子井戸構造の第1の活性層13、AlGaAsからなる第1の上クラッド層14、第1のエッチングストッパ層15、AlGaInPからなる第2の上クラッド層16、及び第1のコンタクト層17を順番に形成する。そして、フォトリソグラフィとエッチングにより、DVD用の半導体レーザ(後述)の形成領域と素子間分離領域において、バッファ層11、第1の下クラッド層12、第1の活性層13、第1の上クラッド層14、第1のエッチングストッパ層15、第2の上クラッド層16、及び第1のコンタクト層17を除去する。これにより、CD用の半導体レーザ19(第1の半導体レーザ)が形成される。
次に、図10に示すように、GaAs基板10上に、バッファ層21、AlGaInPからなる第2の下クラッド層22、第2の活性層23、AlGaInPからなる第3の上クラッド層24、第2のエッチングストッパ層25、AlGaInPからなる第4の上クラッド層26、及び第2のコンタクト層27を順番に形成する。そして、フォトリソグラフィとエッチングにより、CD用の半導体レーザ19の形成領域と素子間分離領域において、バッファ層21、第2の下クラッド層22、第2の活性層23、第3の上クラッド層24、第2のエッチングストッパ層25、第4の上クラッド層26、及び第2のコンタクト層27を除去する。これにより、CD用の半導体レーザ19とは素子間分離されたDVD用の半導体レーザ29(第2の半導体レーザ)が形成される。ここで、DVD用の半導体レーザ29の第4の上クラッド層26と第2のコンタクト層27を合わせた膜厚XがCD用の半導体レーザ19の第2の上クラッド層16と第1のコンタクト層17を合わせた膜厚Yよりも厚くなるようにする。
次に、図11に示すように、全面にフォトレジスト31(レジスト)を形成し、フォトレジスト31をパターニングしてCD用の半導体レーザ19とDVD用の半導体レーザ29の上に開口を形成する。そして、図12に示すように、フォトレジスト31をマスクとしたドライエッチングにより、CD用の半導体レーザ19の第1のコンタクト層17及び第2の上クラッド層16に第1のリッジ32を形成し、DVD用の半導体レーザ29の第2のコンタクト層27及び第4の上クラッド層26に第2のリッジ33を同時に形成する。この際に、CD用の半導体レーザ19の第1のエッチングストッパ層15からの発光を検出して、第1のリッジ32の横の部分において第1のエッチングストッパ層15が露出した時点でドライエッチングを停止する。これにより、第2のリッジ33の底部においてDVD用の半導体レーザ29の第2のエッチングストッパ層25上に第4の上クラッド層26が残った状態となる。
次に、図13に示すように、フォトレジスト31をマスクとして、硫酸などを用いたウェットエッチングにより、第2のリッジ33の横の部分においてDVD用の半導体レーザ29の第2のエッチングストッパ層25上に残っている第4の上クラッド層26を選択的に除去する。その後、図14に示すように、フォトレジスト31を除去する。
上記の工程により、両半導体レーザにおいて、リッジ形成のためのエッチングをそれぞれエッチングストッパ層で停止させることができる。従って、活性層上のエピ層の膜厚を高精度に制御することができるため、レーザ特性のバラツキを抑えて信頼性を向上させることができる。
実施の形態3.
本発明の実施の形態3に係るモノリシック半導体レーザの製造方法について図面を参照しながら説明する。まず、図15に示すように、GaAs基板10(半導体基板)上に、AIGaAs又はGaAsからなるバッファ層11、AlGaInPからなるか又は下層のAIGaInPと上層のAIGaAsを有する多層構造の第1の下クラッド層12、AlGaAsやAlGaAs/GaAsからなる多重量子井戸構造の第1の活性層13、及びAlGaAsからなる第1の上クラッド層14を順番に形成する。そして、全面にフォトレジスト34を形成し、パターニングする。
本発明の実施の形態3に係るモノリシック半導体レーザの製造方法について図面を参照しながら説明する。まず、図15に示すように、GaAs基板10(半導体基板)上に、AIGaAs又はGaAsからなるバッファ層11、AlGaInPからなるか又は下層のAIGaInPと上層のAIGaAsを有する多層構造の第1の下クラッド層12、AlGaAsやAlGaAs/GaAsからなる多重量子井戸構造の第1の活性層13、及びAlGaAsからなる第1の上クラッド層14を順番に形成する。そして、全面にフォトレジスト34を形成し、パターニングする。
次に、フォトレジスト34をマスクとしたエッチングにより、DVD用の半導体レーザ(後述)の形成領域と素子間分離領域において、バッファ層11、第1の下クラッド層12、第1の活性層13、及び第1の上クラッド層14を除去する。その後、フォトレジスト34は除去する。これにより、図16に示すように、CD用の半導体レーザ19(第1の半導体レーザ)の下層部分が形成される。
次に、図17に示すように、GaAs基板10上に、バッファ層21、AlGaInPからなる第2の下クラッド層22、第2の活性層23、及びAlGaInPからなる第2の上クラッド層30を順番に形成する。そして、全面にフォトレジスト35を形成し、パターニングする。
次に、フォトレジスト35をマスクとしたエッチングにより、CD用の半導体レーザ19の形成領域と素子間分離領域において、バッファ層21、第2の下クラッド層22、第2の活性層23、及び第2の上クラッド層30を除去する。その後、フォトレジスト35は除去する。これにより、図18に示すように、CD用の半導体レーザ19とは素子間分離されたDVD用の半導体レーザ29(第2の半導体レーザ)の下層部分が形成される。
次に、図19に示すように、全面にエッチングストッパ層36と、第3の上クラッド層37と、コンタクト層38とを形成する。そして、全面にフォトレジスト39を形成し、パターニングする。
次に、図20に示すように、フォトレジスト39をマスクとしたエッチング(パターニング)により、素子間分離領域においてエッチングストッパ層36、第3の上クラッド層37及びコンタクト層38を除去して、CD用の半導体レーザ19の部分とDVD用の半導体レーザ29の部分とに分ける。その後、フォトレジスト39は除去する。
次に、図21に示すように、全面にフォトレジスト31(レジスト)を形成し、フォトレジスト31をパターニングしてCD用の半導体レーザ19とDVD用の半導体レーザ29の上に開口を形成する。そして、図22に示すように、フォトレジスト31をマスクとしたドライエッチングにより、CD用の半導体レーザ19のコンタクト層38及び第3の上クラッド層37に第1のリッジ32を形成し、DVD用の半導体レーザ29のコンタクト層38及び第3の上クラッド層37に第2のリッジ33を同時に形成する。その後、図23に示すように、フォトレジスト31を除去する。
上記の工程により、両半導体レーザにおいて、エッチングストッパ層上のエピ層が同じ厚みになるため、リッジ形成のためのエッチングをそれぞれエッチングストッパ層で停止させることができる。従って、活性層上のエピ層の膜厚を高精度に制御することができるため、レーザ特性のバラツキを抑えて信頼性を向上させることができる。
10 GaAs基板
12 第1の下クラッド層
13 第1の活性層
14 第1の上クラッド層
15 第1のエッチングストッパ層
16,30 第2の上クラッド層
17 第2のコンタクト層
19 CD用の半導体レーザ(第1の半導体レーザ)
22 第2の下クラッド層
23 第2の活性層
24,37 第3の上クラッド層
25 第2のエッチングストッパ層
26 第4の上クラッド層
27 第2のコンタクト層
29 DVD用の半導体レーザ(第2の半導体レーザ)
31 フォトレジスト
32 第1のリッジ
33 第2のリッジ
36 エッチングストッパ層
38 コンタクト層
12 第1の下クラッド層
13 第1の活性層
14 第1の上クラッド層
15 第1のエッチングストッパ層
16,30 第2の上クラッド層
17 第2のコンタクト層
19 CD用の半導体レーザ(第1の半導体レーザ)
22 第2の下クラッド層
23 第2の活性層
24,37 第3の上クラッド層
25 第2のエッチングストッパ層
26 第4の上クラッド層
27 第2のコンタクト層
29 DVD用の半導体レーザ(第2の半導体レーザ)
31 フォトレジスト
32 第1のリッジ
33 第2のリッジ
36 エッチングストッパ層
38 コンタクト層
Claims (3)
- 半導体基板上に、第1の半導体レーザの第1の下クラッド層、第1の活性層、第1の上クラッド層、第1のエッチングストッパ層、第2の上クラッド層及び第1のコンタクト層を形成する工程と、
前記半導体基板上に、前記第1の半導体レーザとは素子間分離された第2の半導体レーザの第2の下クラッド層、第2の活性層、第3の上クラッド層、第2のエッチングストッパ層、第4の上クラッド層及び第2のコンタクト層を、前記第4の上クラッドと前記第2のコンタクト層を合わせた膜厚が前記第2の上クラッド層と前記第1のコンタクト層を合わせた膜厚よりも薄くなるように形成する工程と、
全面にレジストを形成し、前記レジストをパターニングして前記第1,第2の半導体レーザ上に開口を形成する工程と、
前記レジストをマスクとしたドライエッチングにより、前記第2の上クラッド層及び前記第1のコンタクト層と、前記第4の上クラッド層及び前記第2のコンタクト層に、それぞれ第1,第2のリッジを同時に形成し、前記第2のリッジの横の部分において前記第2のエッチングストッパ層が露出した時点でドライエッチングを停止する工程と、
前記レジストをマスクとしたウェットエッチングにより、第1のリッジの横の部分において前記第1のエッチングストッパ層上に残っている前記第2の上クラッド層を選択的に除去する工程とを備えることを特徴とするモノリシック半導体レーザの製造方法。 - 半導体基板上に、第1の半導体レーザの第1の下クラッド層、第1の活性層、第1の上クラッド層、第1のエッチングストッパ層、第2の上クラッド層及び第1のコンタクト層を形成する工程と、
前記半導体基板上に、前記第1の半導体レーザとは素子間分離された第2の半導体レーザの第2の下クラッド層、第2の活性層、第3の上クラッド層、第2のエッチングストッパ層、第4の上クラッド層及び第2のコンタクト層を、前記第4の上クラッドと前記第2のコンタクト層を合わせた膜厚が前記第2の上クラッド層と前記第1のコンタクト層を合わせた膜厚よりも厚くなるように形成する工程と、
全面にレジストを形成し、前記レジストをパターニングして前記第1,第2の半導体レーザ上に開口を形成する工程と、
前記レジストをマスクとしたドライエッチングにより、前記第2の上クラッド層及び前記第1のコンタクト層と、前記第4の上クラッド層及び前記第2のコンタクト層に、それぞれ第1,第2のリッジを同時に形成し、前記第1のリッジの横の部分において前記第1のエッチングストッパ層が露出した時点でドライエッチングを停止する工程と、
前記レジストをマスクとしたウェットエッチングにより、第2のリッジの横の部分において前記第2のエッチングストッパ層上に残っている前記第4の上クラッド層を選択的に除去する工程とを備えることを特徴とするモノリシック半導体レーザの製造方法。 - 半導体基板上に、第1の半導体レーザの第1の下クラッド層、第1の活性層及び第1の上クラッド層を形成する工程と、
前記半導体基板上に、前記第1の半導体レーザとは素子間分離された第2の半導体レーザの第2の下クラッド層、第2の活性層及び第2の上クラッド層を形成する工程と、
全面にエッチングストッパ層、第3の上クラッド層及びコンタクト層を形成し、パターニングにより前記第1の半導体レーザの部分と前記第2の半導体レーザの部分に分ける工程と、
全面にレジストを形成し、前記レジストをパターニングして前記第1,第2の半導体レーザ上に開口を形成する工程と、
前記レジストをマスクとしたドライエッチングにより、前記第1の半導体レーザと第2の半導体レーザの前記第3の上クラッド層及び前記コンタクト層にそれぞれ第1,第2のリッジを同時に形成する工程とを備えることを特徴とするモノリシック半導体レーザの製造方法。
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