JP2010258273A - 半導体レーザの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歩留まりの高い半導体レーザの製造方法を提供する。
【解決手段】半導体レーザの製造方法は、（１）ＩｎＰ基板上に、第１導電型のＩｎＰクラッド層、活性層、第２導電型のＩｎＰクラッド層、及び、キャップ層を形成する工程と、（２）キャップ層上に、誘電体膜を形成する工程と、（３）誘電体膜をマスクとして、エッチングにより、第１導電型のクラッド層、活性層、及び、第２導電型のＩｎＰクラッド層を含むメサ構造を形成する工程と、（４）メサ構造の側面に埋込層を形成する工程と、（５）誘電体膜を除去する工程と、（６）前記メサ構造上のキャップ層を除去する工程と、（７）キャップ層を除去する工程により生成された生産物をふっ酸を含む溶液に浸漬する工程とを含んでいる。
【選択図】図８

Description

本発明は、半導体レーザの製造方法に関するものである。

半導体レーザの製造方法としては、特許文献１に記載された方法が知られている。同文献に記載の製造方法は、以下の工程（１）〜（５）を含んでいる。
（１）ｎ型ＩｎＰ基板上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層、活性層、ｐ型ＩｎＰキャップ層を形成する。
（２）キャップ層上にＳｉＯ_２膜を形成する。
（３）ＳｉＯ_２膜をマスクとして、メサ構造を形成する。
（４）メサ構造の側面に埋込層を形成する。
（５）ＳｉＯ_２膜を除去する。

特開平６−９７５９２号公報

上述した従来の半導体レーザの製造方法では、メサ構造の抵抗が大きい半導体レーザや、信頼性の低い半導体レーザが製造されることがあり、その結果、半導体レーザの歩留まりが低くなっていた。

本願発明は、歩留まりの高い半導体レーザの製造方法を提供することを目的としている。

本願発明者は、半導体レーザの製造方法の研究を行っている。その研究の結果、本願発明者は、キャップ層と当該キャップ層の下地層との界面に、マスクを構成する材料とキャップ層を構成する材料との反応生成物が発生し、当該反応生成物が半導体レーザの歩留まり低下の一要因となっていることを見出した。この反応生成物は、例えば、メサ構造における抵抗を増加させ、或いは、欠陥となって半導体レーザの信頼性を低下させるものである。

本発明の半導体レーザの製造方法は、かかる知見に基づいてなされたものである。本発明の半導体レーザの製造方法は、（１）ＩｎＰ基板上に、第１導電型のＩｎＰクラッド層、活性層、第２導電型のＩｎＰクラッド層、及び、キャップ層を形成する工程と、（２）キャップ層上に、誘電体膜を形成する工程と、（３）誘電体膜をマスクとして、エッチングにより、第１導電型のクラッド層、活性層、及び、第２導電型のＩｎＰクラッド層を含むメサ構造を形成する工程と、（４）メサ構造の側面に埋込層を形成する工程と、（５）誘電体膜を除去する工程と、（６）メサ構造上のキャップ層を除去する工程と、（７）キャップ層を除去する工程により生成された生産物を、ふっ酸を含む溶液に浸漬する工程と、を含んでいる。

本発明の半導体レーザの製造方法によれば、キャップ層の下地層の表面に発生した反応生成物、即ち、誘電体膜を構成する材料とキャップ層を構成する材料の反応生成物が、キャップ層の除去後に、除去される。その結果、半導体レーザの歩留まりを改善することが可能である。

また、上記生産物をふっ酸を含む溶液に浸漬する工程では、当該生産物がふっ酸を含む溶液中で超音波洗浄されることが好適である。超音波洗浄によれば、反応生成物をより短時間で除去することが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、歩留まりの高い半導体レーザの製造方法が提供される。

一実施形態に係る半導体レーザの製造方法によって製造される半導体レーザを示す図である。 一実施形態の半導体レーザの製造方法の一工程により製造される生産物を示す図である。 一実施形態の半導体レーザの製造方法の一工程により製造される生産物を示す図である。 一実施形態の半導体レーザの製造方法の一工程により製造される生産物を示す図である。 一実施形態の半導体レーザの製造方法の一工程により製造される生産物を示す図である。 一実施形態の半導体レーザの製造方法の一工程により製造される生産物を示す図である。 一実施形態の半導体レーザの製造方法の一工程により製造される生産物を示す図である。 一実施形態の半導体レーザの製造方法の一工程を示す図である。 一実施形態の半導体レーザの製造方法の一工程により製造される生産物を示す図である。 一実施形態の半導体レーザの製造方法の一工程により製造される生産物を示す図である。 一実施形態の半導体レーザの製造方法の一工程により製造される生産物を示す図である。 反応生成物の除去前の第２のクラッド層の表面を示すＳＥＭ写真である。 反応生成物の除去後の第２のクラッド層の表面を示すＳＥＭ写真である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図１は、一実施形態に係る半導体レーザの製造方法によって製造される半導体レーザを示す図である。以下、図１に示す半導体レーザ１０の製造方法を、図２〜図１１を参照しつつ説明する。

図２は、一実施形態の半導体レーザの製造方法の一工程により製造される生産物を示す図である。本製造方法では、まず、基板１２の一方の主面上に、第１のクラッド層１４、活性層１６、第２のクラッド層１８、及びキャップ層２０を形成する工程が実施される。この工程によって、図２に示す生産物が生成される。

本実施形態では、ＩｎＰ基板１２は、ｎ型ＩｎＰ基板であり、第１のクラッド層１４は、ｎ型ＩｎＰ半導体層であり、第２のクラッド層１８は、ｐ型ＩｎＰ半導体層である。活性層１６は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ（４元混晶）量子井戸半導体層とＧａＩｎＡｓＰ（４元混晶）バリア半導体層とが交互に積層された多重量子井戸（Multiple Quantum Well：ＭＱＷ）構造を有し得る。

また、キャップ層２０は、ＧａＩｎＡｓ半導体層であり、例えば、２００ｎｍの厚みを有する。本実施形態では、図２に示すように、回折格子２２が、活性層１６上に形成されてもよい。回折格子２２は、ｐ型又はアンドープのＧａＩｎＡｓＰ（４元混晶）半導体領域とｐ型ＩｎＰ半導体領域とを交互に設けられることによって形成することができる。なお、キャップ層２０の最表層は、ＩｎＰ半導体層であってもよい。

これら第１のクラッド層１４、活性層１６、第２のクラッド層１８、及びキャップ層２０は、有機金属気相成長（ＯＭＶＰＥ：OrganoMetaric Vapor Phase Epitaxy）法によって、成長することが可能である。

次いで、本製造方法では、誘電体膜２４をキャップ層２０上に形成する工程が行われる。この工程によって、図３に示す生産物が生成される。誘電体膜２４は、ＳｉＯ_２膜又はＳｉＮ膜であり、例えば、１００ｎｍの厚みを有する。この誘電体膜２４は、後の工程でマスクとして用いられるものであり、誘電体層をキャップ層２０上にＣＶＤ法等によって形成後、フォトリソグラフィ及びＲＩＥ（Reactive IonEtching）によって当該誘電体層をストライプ状にパターニングすることによって形成される。なお、誘電体膜２４のストライプの幅は、例えば、３〜４μｍである。また、誘電体層は、例えば、２００〜３００℃の成長温度により形成される。

次いで、本製造方法では、誘電体膜２４をエッチングマスクとして用いて図３に示す生産物をエッチングする工程が行われる。この工程では、例えば、Ｂｒメタノール液をエッチャントとして用いたエッチングが行われる。この工程により、図４に示す生産物が製造される。具体的には、この工程によって、図４に示すメサ構造２６が形成される。メサ構造２６は、第１のクラッド層１４、活性層１６、及び、第２のクラッド層１８を含むものである。

次いで、本製造方法では、メサ構造２６の両側面に沿って埋込層２８を形成する工程が行われる。この工程により、図５に示す生産物が製造される。本実施形態では、埋込層２８は、ｐ型のＩｎＰ層２８ａ、ｎ型のＩｎＰ層２８ｂ、及びｐ型のＩｎＰ層２８ｃを基板１２上に順に形成したものである。埋込層２８は、例えば、ＯＭＶＰＥ法により成長することができる。また、埋込層２８は、例えば、６３０℃の成長温度で形成される。なお、埋込層２８は、ＦｅをドープしたＩｎＰ半導体領域であってもよい。

次いで、本製造方法では、誘電体膜２４を除去する工程が行われる。この工程により、図６に示す生産物が製造される。誘電体膜２４は、図５に示す生産物を、ふっ酸を含む溶液に浸漬することにより、除去することができる。例えば、室温下で、ふっ酸（ＨＦ）とＨ_２Ｏを１：１で含む溶液に図５に示す生産物を浸漬して、１分間の超音波洗浄を行うことにより、誘電体膜２４を除去することができる。

次いで、本製造方法では、メサ構造２６上のキャップ層２０を除去する工程が行われる。この工程により、図７に示す生産物が製造される。キャップ層２０は、図６に示す生産物を、リン酸を含む溶液に浸漬することにより、除去することができる。例えば、室温下で、リン酸を４００ｃｃ、Ｈ_２Ｏ_２を８０ｃｃ含む溶液中で、図６に示す生産物を２分間揺動することにより、キャップ層２０を除去することができる。

図７に示すように、キャップ層２０の除去後には、第２のクラッド層１８上に、キャップ層２０を構成する材料と誘電体膜２４を構成する材料との反応生成物３０が残存することがある。この反応生成物３０が発生する一つの要因は、埋込層２８の成長温度が誘電体膜２４の成長温度より高いことによるものと推測される。

そこで、本製造方法では、反応生成物３０を除去する工程が行われる。図８は、一実施形態の半導体レーザの製造方法の一工程を示す図である。図８に示すように、この工程では、槽Ｔ内のふっ酸（フッ化水素酸）を含む溶液Ｓに図７に示した生産物を浸漬することにより、反応生成物３０が除去される。ここで、槽Ｔとして超音波洗浄槽を用い、超音波洗浄により反応生成物３０を除去することが好適である。例えば、室温下で、ふっ酸（ＨＦ）とＨ_２Ｏを１：１で含む溶液に図７に示す生産物を浸漬して、３分間の超音波洗浄を行うことにより、反応生成物３０を除去することができる。このように、超音波洗浄によれば、反応生成物３０をより短時間で除去することが可能となる。

次いで、本製造方法では、第２のクラッド層１８及び埋込層２８上に第３のクラッド層３２を形成する工程、第３のクラッド層３２上にコンタクト層３４を形成する工程が行われる。これら工程により、図９に示す生産物が製造される。本実施形態では、第３のクラッド層３２は、ｐ型ＩｎＰ半導体層であり、コンタクト層３４は、ｐ型ＧａＩｎＡｓ半導体層である。これら第３のクラッド層３２及びコンタクト層３４は、ＯＭＶＰＥ法により形成することができる。

次いで、本製造方法では、メサ構造２６の両側方において埋込層２８及び基板１２にトレンチ溝Ｇを形成する工程が行われる。この工程により、図１０に示す生産物が製造される。さらに、図１０に示す生産物のトレンチ溝Ｇ内の表面及びコンタクト層３４上に誘電体膜３６を形成する工程が行われる。この工程により、図１１に示す生産物が製造される。誘電体膜３６は、例えばＳｉＯ_２膜である。また、誘電体膜３６は、メサ構造２６上において開口するように形成される。

次いで、本製造方法では、第１の電極３８及び第２の電極４０を形成する工程が行われる。この工程により、図１に示す半導体レーザ１０が製造される。具体的に、この工程では、基板１２の他方の主面に第１の電極３８が形成される。また、上述した誘電体膜３６の開口から露出したコンタクト層３４上に第２の電極４０が形成される。

以下、反応生成物３０の除去前後の第２のクラッド層１８の表面のＳＥＭ写真を参照しつつ、本製造方法の効果について説明する。図１２は、反応生成物３０の除去前の第２のクラッド層１８の表面のＳＥＭ写真、図１３は、反応生成物３０の除去後の第２のクラッド層１８の表面のＳＥＭ写真である。図１３に示すＳＥＭ写真は、ふっ酸（ＨＦ）とＨ_２Ｏを１：１で含む溶液を用いて３分間の超音波洗浄を行うことにより、反応生成物３０を除去した後の、第２のクラッド層１８の表面を示している。

図１２に示すように、ふっ酸を含む溶液による洗浄を行う前には、第２のクラッド層１８上に反応生成物３０が発生している。反応生成物３０は、メサ構造２６における抵抗を増加させ、或いは、欠陥となって半導体レーザ１０の信頼性を低下させる。

一方、図１３に示すように、ふっ酸を含む溶液による洗浄を行うことにより、第２のクラッド層１８上の反応生成物３０は、除去される。その結果、本製造方法によれば、低抵抗のメサ構造２６を有し、信頼性の高い半導体レーザ１０を歩留まり良く製造することが可能となる。

なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した半導体レーザ１０の各層の導電型は例示的なものであり、この導電型が反転された半導体レーザの製造方法も本発明の思想の範囲内である。

１０…半導体レーザ、１２…基板、１４…第１のクラッド層、１６…活性層、１８…第２のクラッド層、２０…キャップ層、２２…回折格子、２４…誘電体膜、２６…メサ構造、２８…埋込層、３０ 反応生成物、３２…第３のクラッド層、３４…コンタクト層、３６…誘電体膜、３８…第１の電極、４０…第２の電極、Ｇ…トレンチ溝、Ｓ…溶液、Ｔ…槽（超音波洗浄槽）

Claims (2)

1. ＩｎＰ基板上に、第１導電型のＩｎＰクラッド層、活性層、第２導電型のＩｎＰクラッド層、及び、キャップ層を形成する工程と、
   前記キャップ層上に、誘電体膜を形成する工程と、
   前記誘電体膜をマスクとして、エッチングにより、前記第１導電型のクラッド層、前記活性層、及び、前記第２導電型のＩｎＰクラッド層を含むメサ構造を形成する工程と、
   前記メサ構造の側面に埋込層を形成する工程と、
   前記誘電体膜を除去する工程と、
   前記メサ構造上の前記キャップ層を除去する工程と、
   前記キャップ層を除去する工程により生成された生産物をふっ酸を含む溶液に浸漬する工程と、
   を含む半導体レーザの製造方法。
2. 前記生産物をふっ酸を含む溶液に浸漬する工程では、前記生産物が該ふっ酸を含む該溶液中で超音波洗浄される、
   請求項１に記載の半導体レーザの製造方法。