JP2011181567A - リッジ型半導体レーザ及びリッジ型半導体レーザの製造方法 - Google Patents

リッジ型半導体レーザ及びリッジ型半導体レーザの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】製造中に回折格子形成の再現性を良くすること及びエッチングストッパ層の結晶品質の劣化を防ぐことができる構造のリッジ型半導体レーザ及びリッジ型半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】リッジ型半導体レーザ３０１は、化合物ＡｌＧａＩｎＡｓの活性層１４の一方の側に、化合物ＡｌＩｎＡｓのキャリアストッパ層１６、化合物ＡｌＧａＩｎＡｓのクラッド層１７、化合物ＩｎＧａＡｓＰのエッチングストッパ層１８、が順に積層され、エッチングストッパ層１８のクラッド層１７側と反対側に、化合物ＩｎＰの層中に化合物ＩｎＧａＡｓＰで形成された回折格子２０’を含むリッジ導波路４０を備える半導体レーザである。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の半導体層を積層したリッジ型半導体レーザ及びその製造方法に関する。
リッジ型半導体レーザを製造する工程で化合物ＩｎＰの層をエッチングしてリッジ構造を形成する際に、エッチングストッパ層を用いることが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。特許文献１のエッチングストッパ層は、化合物ＡｌＧａＩｎＡｓで形成されており、リッジ形成後大気に晒され、Ａｌの酸化で結晶品質の劣化を招くおそれがあった。
そこで、エッチングストッパ層に化合物ＩｎＧａＡｓＰを使用することも試みられている（例えば、特許文献２を参照。）。このエッチングストッパ層はＡｌを含まないため、リッジ形成後大気に晒されても酸化による結晶品質の劣化は生じない。また、特許文献２のキャリアストッパ層は化合物ＡｌＩｎＡｓであるが、直上が化合物ＩｎＧａＡｓＰのエッチングストッパ層に覆われており、プロセス途中で大気中に露出せず、Ａｌ酸化によるキャリアストッパ層の結晶品質の劣化は生じない。
特開２００１−１４４３８１号公報 特開２００２−０２６４５３号公報
リッジ部に埋め込み型回折格子を有する分布帰還型レーザ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦｅｅｄＢａｃｋ Ｌａｓｅｒ：ＤＦＢレーザ）の場合、埋め込み型回折格子をウエットエッチング法で形成する際、選択エッチングの再現性を良くするため、回折格子の下の化合物ＩｎＰのリッジ形成層へのＡｓの混入を防ぐ必要がある。このために、リッジ形成層の成長温度を低くすることが求められる。一方、化合物ＡｌＧａＩｎＡｓの活性層等のＡｌを含む半導体層は、結晶品質を高めるために成長温度を高温にすることが求められる。
このため、活性層等のＡｌを含む半導体層とリッジ形成層との間のエッチングストッパ層を積層した後、成長温度を下げ、リッジ形成層を成長させる必要がある。そして、エッチングストッパ層はＶ族元素が２つ（Ａｓ及びＰ）含まれるため、エッチングストッパ層の成長表面の保護を目的に、ＡｓＨ３ガス及びＰＨ３ガス雰囲気中で成長温度を低下する温度低下過程が必要である。しかし、２つのガスの分解効率が異なっており、エッチングストッパ層の表面保護が難しく、結晶品質が劣化しやすいという課題があった。
そこで、本発明は、製造中に回折格子形成の再現性を良くすること及びエッチングストッパ層の結晶品質の劣化を防ぐことができる構造のリッジ型半導体レーザ及びリッジ型半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るリッジ型半導体レーザは、活性層等のＡｌを含む半導体層とエッチングストッパ層との間に化合物ＡｌＧａＩｎＡｓのクラッド層を備えることとした。
具体的には、本発明に係るリッジ型半導体レーザは、ＡｌＧａＩｎＡｓの活性層の一方の側に、ＡｌＩｎＡｓ層、ＡｌＧａＩｎＡｓ層、第１のＩｎＧａＡｓＰ層、が順に積層され、前記ＩｎＧａＡｓＰ層の前記ＡｌＧａＩｎＡｓ層側と反対側に、第１のＩｎＰ層、第２のＩｎＧａＡｓＰ層から形成された回折格子、第２のＩｎＰ層を含むリッジ導波路を備える。
本発明に係るリッジ型半導体レーザの製造方法は、ＡｌＧａＩｎＡｓの活性層の一方の側に、ＡｌＩｎＡｓ層、ＡｌＧａＩｎＡｓ層、第１のＩｎＧａＡｓＰ層、第１のＩｎＰ層、第２のＩｎＧａＡｓＰ層、を順に積層する積層工程と、前記第２のＩｎＧａＡｓＰ層をエッチングして回折格子を形成する工程を含む。
活性層等のＡｌを含む半導体層とエッチングストッパ層である第１のＩｎＧａＡｓＰ層との間にＡｌＧａＩｎＡｓ層を備えることでエッチングストッパ層の結晶品質の劣化を防ぐことができる。従って、本発明は、製造中に回折格子形成の再現性を良くすること及びエッチングストッパ層の結晶品質の劣化を防ぐことができる構造のリッジ型半導体レーザ及びリッジ型半導体レーザの製造方法を提供することができる。
本発明に係るリッジ型半導体レーザの製造方法の前記積層工程において、前記第１のＩｎＧａＡｓＰ層を積層する温度を、前記ＡｌＧａＩｎＡｓ層を積層する温度より下げることを特徴とする。ＡｌＧａＩｎＡｓ層を成長した後に成長温度を低下させればよいので、エッチングストッパ層である第１のＩｎＧａＡｓＰ層の積層後に温度低下過程が不要であり、温度低下過程での表面保護は不要となる。
本発明に係るリッジ型半導体レーザの製造方法は、前記ＡｌＧａＩｎＡｓ層の積層後、前記第１のＩｎＧａＡｓＰ層の積層前に、ＡｓＨ３ガス雰囲気中で温度を降下させることを特徴とする。化合物ＡｌＧａＩｎＡｓはＶ族元素が１つ（Ａｓのみ）であるので、ＡｌＧａＩｎＡｓ層の成長表面を保護するためには、ＡｓＨ３ガスのみの雰囲気中で成長温度を低下させればよい。すなわち、ガスの分解効率を考慮することなくＡｌＧａＩｎＡｓ層の成長表面を保護することができる。
本発明に係るリッジ型半導体レーザの製造方法は、前記第１のＩｎＧａＡｓＰ層を積層する温度は、前記活性層を積層する温度よりＸ℃（３０≦Ｘ≦７０）低いことを特徴とする。
本発明は、製造中に回折格子形成の再現性を良くすること及びエッチングストッパ層の結晶品質の劣化を防ぐことができる構造のリッジ型半導体レーザ及びリッジ型半導体レーザの製造方法を提供することができる。
本発明に係るリッジ型半導体レーザの製造方法を説明する図である。（１）は第１工程、（２）は第２工程、（３）は第３工程、（４）は第４工程、（５）は第５工程である。
以下、具体的に実施形態を示して本発明を詳細に説明するが、本願の発明は以下の記載に限定して解釈されない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
図１は、本実施形態のリッジ型半導体レーザ３０１の製造工程を説明するブロック図である。本製造工程は、第１工程（１）から第５工程（５）で構成される。また、前述の ＡｌＩｎＡｓ層をキャリアストップ層１６、ＡｌＧａＩｎＡｓ層をクラッド層１７、第１のＩｎＧａＡｓＰ層をエッチングストッパ層１８、第１のＩｎＰ層をクラッド層１９、第２のＩｎＧａＡｓＰ層を回折格子層２０として説明する。なお、本明細書では、基板１０のクラッド層１９側を上側として説明する。
第１工程（１）は、ｎ型の化合物ＩｎＰの基板１０に半導体層を積層する積層工程である。この積層工程は、化合物ＡｌＧａＩｎＡｓの活性層１４の一方の側に、化合物ＡｌＩｎＡｓのキャリアストッパ層１６、化合物ＡｌＧａＩｎＡｓのクラッド層１７、化合物ＩｎＧａＡｓＰのエッチングストッパ層１８、化合物ＩｎＰのクラッド層１９、化合物ＩｎＧａＡｓＰの回折格子層２０、化合物ＩｎＰの回折格子形成用マスク層２１を順に積層する工程である。
積層工程は、例えば、ＭＯＣＶＤ法で基板１０の上に化合物ＩｎＰのクラッド層１１、化合物ＡｌＩｎＡｓのキャリアストップ層１２、化合物ＡｌＧａＩｎＡｓの光閉じ込め層１３、化合物ＡｌＧａＩｎＡｓの活性層１４、化合物ＡｌＧａＩｎＡｓの光閉じ込め層１５、化合物ＡｌＩｎＡｓのキャリアストップ層１６、化合物ＡｌＧａＩｎＡｓのクラッド層１７、化合物ＩｎＧａＡｓＰのエッチングストッパ層１８、化合物ＩｎＰのクラッド層１９、化合物ＩｎＧａＡｓＰの回折格子層２０、化合物ＩｎＰの回折格子形成用マスク層２１を順に積層する。
また、基板１０から光閉じ込め層１３までｎ型であり、光閉じ込め層１５から回折格子形成用マスク層２１までｐ型である。なお、以下の説明で、クラッド層１１からエッチングストッパ層１８までをレーザ構成層３０と呼ぶこともある。
積層工程において、エッチングストッパ層１８を積層する温度を、クラッド層１７を積層する温度より下げる。エッチングストッパ層１８を積層する温度は、活性層１４を積層する温度より３０度から７０度低くすることが好ましい。例えば、クラッド層１７までは７３０℃で成長させ、その上のエッチングストッパ層１８より上の層を６８０℃で成長させる。このとき、クラッド層１７の積層後、エッチングストッパ層１８の積層前に、ＡｓＨ３ガス雰囲気中で温度を降下させる。
続いて第２工程（２）を説明する。第２工程（２）では、回折格子層２０に回折格子を形成する。回折格子層２０の上の回折格子形成用マスク層２１を加工し回折格子パタンを形成し（図は省略）、これをマスクとして、化合物ＩｎＰをエッチングせず、化合物ＩｎＧａＡｓＰのみをエッチングする選択ウエットエッチング法で回折格子２０’を形成する。ウエットエッチング液は、硫酸と過酸化水素の水溶液が用いられる。本実施形態では、回折格子形成用マスクとしてＩｎＰを用いたが、マスク材としては、ＳｉＯ２やＳｉＮでもよい。
次に第３工程（３）を説明する。第３工程（３）では、ＭＯＣＶＤ法で化合物ＩｎＰのクラッド層２２を成長させて回折格子２０’を埋め込む。さらに、クラッド層２２の上に化合物ＩｎＧａＡｓのコンタクト層２３を成長させる。
次に第４工程（４）を説明する。第４工程（４）では、リッジ導波路４０を形成する。まず、リッジ形成用マスクパタン（ＳｉＯ２）を形成し、コンタクト層２３をドライエッチングした後、クラッド層２２及びクラッド層１９をウエットエッチングする。ウエットエッチングは、エッチングストッパ層１８をエッチングしない塩酸と燐酸の水溶液のエッチング液を用いる。この工程で、リッジ用マスクパタンのない部分がエッチングストッパ層１８までエッチングされ、リッジ導波路４０が形成される。
次に第５工程（５）を説明する。第５工程（５）では、リッジ導波路４０を形成した側に絶縁膜２４を形成し、リッジ導波路４０の上面の絶縁膜２４を除去する。さらに絶縁膜２４及びリッジ導波路４０の上面を覆うようにｐ電極２５を形成する。一方、基板１０の下部の一部を研磨した後、ｎ電極２６を形成する。
以上の工程を経てリッジ型半導体レーザ３０１が完成する。すなわち、リッジ型半導体レーザ３０１は、化合物ＡｌＧａＩｎＡｓの活性層１４の一方の側に、化合物ＡｌＩｎＡｓのキャリアストッパ層１６、化合物ＡｌＧａＩｎＡｓのクラッド層１７、化合物ＩｎＧａＡｓＰのエッチングストッパ層１８、が順に積層され、エッチングストッパ層１８のクラッド層１７側と反対側に、化合物ＩｎＰの層中に化合物ＩｎＧａＡｓＰで形成された回折格子２０’を含むリッジ導波路４０を備える半導体レーザである。
リッジ型半導体レーザ３０１の製造方法において、キャリアストッパ層１６までを高温成長し、クラッド層１７を形成せずに成長温度を下げてエッチングストッパ層１８を形成してもよい。化合物ＡｌＩｎＡｓのキャリアストッパ層１６もＶ族が１つなので、温度低下時の表面保護が容易である。
キャリアストッパ層１６は、活性層１４に注入された電子がオーバーフローして、クラッド層１９及び２２へリークしないようにするための障壁としての役割をする。特に高温時の電子のオーバーフロー防止に効果がある。一方、キャリアストッパ層１６は、ｐ側からホールを活性層１４に効率よく注入するため、層厚をできる限り薄くすることが好ましい。キャリアストッパ層１６の膜厚が薄いほど高速特性を良くすることができる。キャリアストッパ層１６に求められた上記要件を満たすため、化合物ＡｌＩｎＡｓの結晶品質を最良の条件で維持することが求められており、キャリアストッパ層１６を成長後降温するよりも、キャリアストッパ層１６上にクラッド層１７を形成し、クラッド層１７成長後に温度を下げる方が好ましい。
１０：基板
１１：クラッド層
１２：キャリアストッパ層
１３：光閉じ込め層
１４：活性層
１５：光閉じ込め層
１６：キャリアストッパ層
１７：クラッド層
１８：エッチングストッパ層
１９：クラッド層
２０：回折格子層
２０’：回折格子
２１：回折格子形成用マスク層
２２：クラッド層
２３：コンタクト層
２４：絶縁膜
２５：ｐ電極
２６：ｎ電極
３０：レーザ構成層
４０：リッジ導波路
３０１：リッジ型半導体レーザ

Claims (5)

  1. ＡｌＧａＩｎＡｓの活性層の一方の側に、
    ＡｌＩｎＡｓ層、
    ＡｌＧａＩｎＡｓ層、
    第１のＩｎＧａＡｓＰ層、
    が順に積層され、
    前記ＩｎＧａＡｓＰ層の前記ＡｌＧａＩｎＡｓ層側と反対側に、第１のＩｎＰ層、第２のＩｎＧａＡｓＰ層から形成された回折格子、第２のＩｎＰ層を含むリッジ導波路を備えるリッジ型半導体レーザ。
  2. ＡｌＧａＩｎＡｓの活性層の一方の側に、
    ＡｌＩｎＡｓ層、
    ＡｌＧａＩｎＡｓ層、
    第１のＩｎＧａＡｓＰ層、
    第１のＩｎＰ層、
    第２のＩｎＧａＡｓＰ層、
    を順に積層する積層工程と、
    前記第２のＩｎＧａＡｓＰ層をエッチングして回折格子を形成する工程
    を含むリッジ型半導体レーザの製造方法。
  3. 前記積層工程において、
    前記第１のＩｎＧａＡｓＰ層を積層する温度を、前記ＡｌＧａＩｎＡｓ層を積層する温度より下げることを特徴とする請求項２に記載のリッジ型半導体レーザの製造方法。
  4. 前記ＡｌＧａＩｎＡｓ層の積層後、前記第１のＩｎＧａＡｓＰ層の積層前に、ＡｓＨ３ガス雰囲気中で温度を降下させることを特徴とする請求項３に記載のリッジ型半導体レーザの製造方法。
  5. 前記第１のＩｎＧａＡｓＰ層を積層する温度は、前記活性層を積層する温度よりＸ℃（３０≦Ｘ≦７０）低いことを特徴とする請求項３又は４に記載のリッジ型半導体レーザの製造方法。
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