JP4099346B2 - 半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザ素子およびその製造方法に関し、例えば、CD−ROM(読み出し専用コンパクトディスク)、CD−R(書き込み可能コンパクトディスク)およびCD−RW(書き替え可能コンパクトディスク)などの光ディスク装置に好適に使用される半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。特に、高出力時においても基本横モードで安定に発振するリッジストライプ型の半導体レーザの素子およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のリッジストライプ型の半導体レーザとしては、米国特許第5956361号に開示されたものがある。
【0003】
図14に、米国特許第59556361号で開示されている技術にしたがって製造した実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の構造を模式的に示す。この実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子は、AlGaAs(アルミニウムガリウム砒素)系の半導体レーザ素子であり、横モード制御機構を有している。
【0004】
図14において501はn型GaAs基板であり、このn型GaAs基板501の下側にはn側電極541を設けている。また、n型GaAs基板501の上側には、n型GaAsバッファ層502、n型AlGaAs下クラッド層503、AlGaAs下ガイド層504、AlGaAs活性層505、AlGaAs上ガイド層506、p型AlGaAs第1上クラッド層507、p型GaAsエッチング停止層508、p型AlGaAs第2上クラッド層509およびp型GaAsキャップ層510を順次積層することにより、ダブルヘテロ構造を形成している。p型AlGaAs第2上クラッド層509とp型GaAsキャップ層510とは、所定のパターン幅で共振器方向に延びるリッジストライプ部523を構成している。このリッジストライプ部523を両側側から挟むように、n型AlGaAs電流阻止層521を自己整合的に設けている。また、p型GaAsキャップ層510およびn型AlGaAs電流阻止層521の上側全面にp型GaAsコンタクト層531を設け、さらにp型GaAsコンタクト層531上にp側電極542を設けている。
【0005】
上記構成の半導体レーザ素子では、p型AlGaAs第2上クラッド層509,p型GaAsキャップ層510とn型AlGaAs電流阻止層521とのpnpn接合により電流狭窄を行っている。また、リッジストライプ形状を有するp型AlGaAs第2上クラッド層509を両側面側から挟むようにn型AlGaAs電流阻止層521を形成することによる屈折率分布を用いて、横モード制御を行っている。
【0006】
以下、図14に示す半導体レーザ素子の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、上記半導体レーザ素子の製造過程をプロセス順に並べた図15〜図23に基づいて行う。図15〜図23の全ては、リッジストライプ方向、つまりリッジストライプ部523が延びる方向に対して直交する垂直断面を示す図である。
【0007】
まず、図15に示すように、n型GaAs基板601上に、n型GaAsバッファ層502、n型AlGaAs下クラッド層503、AlGaAs下ガイド層504、AlGaAs活性層505、AlGaAs上ガイド層506、p型AlGaAs第1上クラッド層507、p型GaAsエッチング停止層508、p型AlGaAs第2上クラッド層609およびp型GaAsキャップ層610の9層を順次結晶成長する。
【0008】
図16に、p型AlGaAs第1上クラッド層507から上側の部分の拡大図を示す。また、図16と同様に図17〜図23も、p型AlGaAs第1上クラッド層507から上側の部分の拡大図を示す。引き続き、図17〜図23を用いて説明を行う。
【0009】
図17に示すように、p型GaAsキャップ層610上にストライプ形状のフォトレジスト膜11を形成する。
【0010】
次に、硫酸系エッチング液を用いて、p型GaAsキャップ層610の一部をp型AlGaAs第2上クラッド層609までウェットエッチングし、さらにp型AlGaAs第2上クラッド層609の一部の厚さ方向の途中までをウェットエッチングする。そうすると、図18に示すように、p型GaAsエッチング停止層508上に、p型AlGaAs第2上クラッド層709とp型GaAsキャップ層710とが得られる。このとき、p型AlGaAs第2上クラッド層709の頂部側の幅W61は、p型GaAsキャップ層710の底部側の幅W52と略一致する。
【0011】
次に、フッ酸系エッチング液を用いて、p型AlGaAs第2上クラッド層709の一部をp型GaAs層エッチング停止層108までエッチングする。このとき、フッ酸系エッチング液は、Alを多く含む(Al組成比の高い)p型AlGaAs第2上クラッド層709を浸蝕する一方、Alを含まないp型GaAsキャップ層710を浸蝕しない。このため、p型AlGaAs第2上クラッド層709の一部の上面と共に、p型AlGaAs第2上クラッド層709の側面もエッチングされる。これにより、図19に示すように、p型GaAsエッチング停止層508上に、メサ形状つまりリッジストライプ形状のp型AlGaAs第2上クラッド層509が形成される。このとき、p型AlGaAs第2上クラッド層509の頂部側の幅W51は、p型GaAsキャップ層710の底部側の幅W52よりも小さくなる。
【0012】
次に、ストライプ形状のフォトレジスト膜11を、図20に示すように除去する。
【0013】
その後、図21に示すように、p型GaAsエッチング停止層508およびp型GaAsキャップ層710上にn型AlGaAs電流阻止層621を結晶成長させる。
【0014】
次に、フォトリソグラフィ法とウェットエッチング法を用いて、p型GaAsキャップ層710上に成長させたn型AlGaAs電流阻止層621を除去する。これにより、図22に示すように、n型AlGaAs電流阻止層521から、p型GaAsキャップ層510の頂部が露出する。
【0015】
その後、図示しない表面のフォトレジスト膜を除去して、図23に示すように、p型GaAsキャップ層510およびn型AlGaAs電流阻止層521上にp型GaAsコンタクト層531を結晶成長させる。
【0016】
次に、n型GaAs基板601の下面を研磨し、これまでの工程で形成した積層構造を有するウエハ全体の厚さを120μm程度にした後、図14に示すように、p型GaAsコンタクト層531上にp側電極542を形成する一方、n型GaAs基板501下にn側電極541を形成して、半導体レーザ素子の基本部分が完成する。
【0017】
このような半導体レーザ素子の製造方法では、フッ酸系のエッチング液を用い、Alを多く含んだ(Al組成比の高い)p型AlGaAs第2上クラッド層709を選択的にウェットエッチングすることにより、リッジストライプ形状のp型AlGaAs第2上クラッド層509を得ることを特徴としている。そのp型AlGaAs第2上クラッド層709の選択エッチング時には、Al組成比の低い層はフッ酸系のエッチング液ではエッチングされないため、エッチング時間を調節することにより、p型GaAsエッチング停止層508上に所望のリッジストライプ幅を持つp型AlGaAs第2上クラッド層509を形成できる。
【0018】
また、上記半導体レーザ素子によれば、レーザ光の水平方向、垂直方向の放射特性は、リッジストライプ形状のp型AlGaAs第2上クラッド層509の底部幅に強い相関がある。このため、上記放射特性のそろった半導体レーザ素子を安定的に製造するには、p型AlGaAs第2上クラッド層509の底部幅を制御する必要がある。したがって、上記放射特性のそろった半導体レーザ素子を安定的に製造する上で、上述の半導体レーザ素子の製造方法は、p型AlGaAs第2上クラッド層509の底部幅を制御できるので有用である。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図14に示す構造の半導体レーザ素子の製造方法には、以下のような欠点があった。
【0020】
フッ酸系エッチング液のウエットエッチングによりリッジストライプ形状のp型AlGaAs第2上クラッド層509を形成する際に、p型AlGaAs第2上クラッド層509の側面もエッチングされる。このため、図20に示すように、p型AlGaAs第2上クラッド層109の頂部と、p型GaAsキャップ層710の底部との間に明確な段差が生じてしまう。すなわち、p型AlGaAs第2上クラッド層109の頂部側の幅W51と、p型GaAsキャップ層710の底部側の幅W52との差が大きくなる。このときの状態は、ちょうどp型GaAsキャップ層710の両端部が、p型AlGaAs第2上クラッド層509に対して家屋のひさし様の形状として残った状態に相当する。このような状態で図21のn型AlGaAs電流阻止層621を結晶成長すると、p型GaAsキャップ層710のひさし状両端部の直下から成長したn型AlGaAsと、p型GaAsエッチング停止層508の表面から成長始めたn型AlGaAsが途中で連結して、p型AlGaAs第2上クラッド層509の側方に空洞522が形成される場合があるという欠点がある(図14、図21〜図23参照)。
【0021】
上記空洞522はレーザを最終的に素子化した際にレーザ光の吸収を引き起こし、微分効率の低下と駆動動作電流の増大を引き起こすことが分かっている。さらに、今まで述べてきた半導体レーザ素子の製造方法は、空洞522の形状をコントロールすることは困難であり、同一基板内での特性バラツキが生じるため、歩留の低下を引き起こしてしまう。
【0022】
そこで、本発明の課題は、積層構造中に空洞が形成されるのを阻止できるか、または、積層構造中に形成される空洞を大幅に縮小できる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。
【0023】
【課題を解決するための手段】
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
【0035】
【0036】
【0037】
【0038】
【0039】
【0040】
【0041】
【0042】
【0043】
【0044】
【0045】
【0046】
【0047】
【0048】
【0049】
【0050】
【0051】
上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
半導体基板上に、少なくとも、発光する活性層とエッチング停止層とが順次積層され、クラッド層とこのクラッド層を覆うキャップ層との積層からなって所定のパターン幅で共振器方向に延びる第2導電型のリッジストライプ部が上記エッチング停止層上に形成されると共に、上記リッジストライプ部を両側面側から挟むように第1導電型の電流阻止層が形成されている半導体レーザ素子を製造する製造方法であって、
上記エッチング停止層として、上記クラッド層を選択エッチング可能にする材料からなる第3ストップ層と、上記キャップ層を選択エッチング可能にする材料からなる第1ストップ層と、上記クラッド層を選択エッチング可能にする材料からなる第2ストップ層とを順次積層する第1工程と、
上記エッチング停止層上に、上記クラッド層の材料とすべき第1材料層と、上記キャップ層の材料とすべき第2材料層とを順次積層する第2工程と、
上記リッジストライプ部の幅よりも広い幅を有するストライプ形状のフォトレジスト膜を上記第2材料層の表面上に形成した後、上記第1材料層と上記第2材料層との間でエッチング選択性のない薬液を用いて、上記第1材料層の厚さ方向の途中までエッチングを行うことにより、上記第1,第2材料層のうち上記リッジストライプ部よりも広い領域を残して、その領域の両側に相当する部分を除去する第3工程と、
上記第1材料層をエッチング可能な薬液を用いて、上記第1材料層のうち残された領域の側部を、少なくとも上記第2ストップ層の一部が露出するまで選択エッチングする第4工程と、
上記第1材料層に対して上記第2材料層および上記第2ストップ層を選択的にエッチングする薬液を用いて、上記第2材料層のうち残された領域の側部と、上記露出した第2ストップ層の一部とを、少なくとも上記第1ストップ層の一部が露出するまで選択エッチングすることにより、上記キャップ層の上記クラッド層側の端部を得る第5工程と、
上記第2材料層および上記第2ストップ層に対して上記第1材料層および上記第1ストップ層を選択的にエッチングする薬液を用いて、上記第1材料層のうち残された領域の側部と、上記露出した第1ストップ層の一部とを、少なくとも上記第3ストップ層の一部が露出するまで選択エッチングすることにより、上記クラッド層を得る第6工程と、
上記ストライプ形状のフォトレジスト膜を除去する第7工程と、
上記クラッド層および上記キャップ層を両側面側から挟むように第1導電型の電流阻止層を形成する第8工程と
を備え、
上記第6工程を行うことによって、上記クラッド層の上記活性層側の端部の幅は、少なくとも一部が選択エッチングされた上記第1,第2ストップ層の幅と略一致し、かつ、上記キャップ層の上記クラッド層側の端部の幅は、上記クラッド層の上記キャップ層側の端部の幅に比べて小さくなることを特徴としている。
なお、本明細書において、第1導電型とは、p型またはn型を意味する。また、第2導電型とは、第1導電型がp型の場合はn型、n型の場合はp型を意味する。
また、本明細書において、選択エッチングとは、例えば二層の材料間のエッチング速度比を利用して、必要とする二層の材料パターン構造を得るエッチングのことである。
【0052】
【0053】
【0054】
【0055】
【0056】
【0057】
【0058】
【0059】
【0060】
【0061】
好ましくは、上記クラッド層を形成時に使用するエッチング液は、クラッドに対してエッチングレートが大であり、かつ、キャップ層,第2ストップ層に対してエッチング不可能またはエッチングレートが小なエッチング液である。
【0062】
好ましくは、上記キャップ層を形成時に使用するエッチング液は、キャップ層に対してエッチングレートが大であり、かつ、クラッド,第1ストップ層に対してエッチング不可能またはエッチングレートが小なエッチング液である。
【0063】
好ましくは、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法において、上記リッジストライプ部を、フォトリソグラフ法を用いた選択的ウェットエッチングによって形成する。
【0064】
好ましくは、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法において、上記電流阻止層を有機金属化学気相堆積法を用いて形成する。
【0065】
この場合、上記電流阻止層を有機金属化学気相堆積法を用いて形成することにより、リッジストライプ部の側面を電流阻止層で容易かつ確実に覆うことができる。
また、本発明の半導体レーザ素子は、本発明の半導体レーザ素子の製造方法で製造されたことを特徴としている。
【0066】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体レーザ素子およびその製造方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【0067】
図1は、本発明の実施の一形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の構造を模式的に示す図である。また、図2から図12までは、図1の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程をプロセス順に並べた模式図面であって、全て図1のリッジストライプ方向に対して垂直な断面図である。
【0068】
以下、上記実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造方法について説明する。
【0069】
まず、図2に示すように、半導体基板の一例としての面方位(100)のn型GaAs基板101上に、n型GaAsバッファ層2(厚さ0.5μm)、n型Al0.5Ga0.5As下クラッド層3(厚さ2.5μm)、Al0.3Ga0.7As下ガイド層4、活性層の一例としてのAl0.1Ga0.9As活性層5(厚さ0.05μm)、Al0.3Ga0.7As上ガイド層6、p型Al0.5Ga0.5As第1上クラッド層7(厚さ0.2μm)、p型多層エッチング停止層108、第1材料層の一例としてのp型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層109(厚さ1.3μm)および第2材料層の一例としてのp型GaAsキャップ層110(厚さ0.7μm)を、結晶成長装置を用いて順次結晶成長して積層する。Al0.1Ga0.9As活性層5は、Al0.3Ga0.7As下ガイド層4とAl0.3Ga0.7As上ガイド層6とにより上下から挟み込まれている。
【0070】
図3に、図2のp型AlGaAs第1上クラッド層7から上側の部分の拡大図を示す。
【0071】
p型多層エッチング停止層108は、第3ストップ層の一例としての第3エッチング停止層8aと、第1エッチング停止層108bと、第2エッチング停止層108cとによって構成されている。第3エッチング停止層8aおよび第2エッチング停止層108cのそれぞれは単層のGaAs薄膜であり、第1エッチング停止層108bはp型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層109の材料と同じ材料からなる単層の薄膜である。また、第1エッチング停止層108bは、第3エッチング停止層8aと第2エッチング停止層108cとの間に挟み込まれている。
【0072】
図3と同様に図4〜図12に、図2のp型AlGaAs第1上クラッド層7から上側の部分の拡大図を示す。以降は、図4〜図12を用いて説明を行う。
【0073】
次に、p型GaAsキャップ層110の表面にフォトレジスト膜を約0.2μmの厚さに塗布し、図4に示すように、写真蝕刻法によって幅6μmのストライプ形状のフォトレジスト膜11をp型GaAsキャップ層110上に形成する。
【0074】
その後、GaAsとAlGaAsとの間でエッチング選択性のない硫酸系エッチング液を用いて、ストライプ形状のフォトレジスト膜11が被覆していない部分のp型GaAsキャップ層110をp型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層109までウェットエッチングし、さらにp型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層109の一部の厚さ方向の途中までをウェットエッチングする。そうすると、図5に示すように、パターン加工途中のp型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層209と、目標パターン幅よりも大きなパターン幅を有するp型GaAsキャップ層210とが、第2エッチング停止層108c上に得られる。このp型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層209のp型GaAsキャップ層210に接する部分の幅W11は、p型GaAsキャップ層210のp型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層209に接する部分の幅W12と略一致する。
【0075】
次に、フッ酸系エッチング液を使ってp型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層209を選択エッチングすると、図6に示すように、目標パターン幅よりも少し大きなパターン幅を有するp型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層309が第2エッチング停止層108c上に形成される。このp型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層309のp型GaAsキャップ層210に接する部分の幅W21は、p型GaAsキャップ層210のp型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層309に接する部分の幅W12に比べて小さい。フッ酸系エッチング液では、p型GaAsキャップ層210と、p型多層エッチング停止層108の最上層である第2エッチング停止層108cとがエッチングされない。したがって、フッ酸系エッチング液の浸漬時間を管理することにより、p型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層309のストライプ下部幅(底部側の幅)を制御することが可能である。
【0076】
次に、アンモニアを含むエッチング液を使ってエッチングを行う。このエッチング液はGaAsを強く浸蝕する一方、AlGaAsをほとんど浸蝕しない。このため、上記エッチング液によるエッチングでは、p型GaAsキャップ層210の側面がエッチングされると同時に、露出している第2エッチング停止層108cの一部がエッチングされる。これにより、図7に示すように、目標パターン幅を有するp型GaAsキャップ層310と、第2ストップ層の一例としての第2エッチング停止層8cとが得られて、第1エッチング停止層108bの一部が新たに露出する。この際、第2エッチング停止層8cのサイドも浸蝕されて、第2エッチング停止層8cの幅はp型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層309の底部側の幅よりも少し小さくなる。また、p型GaAsキャップ層310のp型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層309に接する部分の幅W2は、p型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層309のp型GaAsキャップ層310に接する部分の幅W21よりも小さくなる。その幅W2は、アンモニアを含むエッチング液の浸漬時間を管理することにより制御することが可能である。
【0077】
次に、フッ酸系エッチング液を再度用いて、p型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層309の側面と、第1エッチング停止層108bの露出した部分とをエッチングする。これにより、アンモニアを含むエッチング液により酸化されたAlGaAs表面が除去され、図8に示すように、第1ストップ層の一例としての第1エッチング停止層8bと、目標パターン幅を有するクラッド層の一例としてのp型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層と9が得られる。また、このフッ酸系エッチング液のエッチングにより、アンモニアを含むエッチング液でエッチングされてできた段差がなくなる。すなわち、p型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層9の底部側の幅と、第1,第2エッチング停止層8b,8cの幅とが略一致する。これにより、p型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層9の側面と、第1,第2エッチング停止層8b,8cの側面とが滑らかに連なる。また、p型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層9のp型GaAsキャップ層310に接する部分の幅W1に比べて、p型GaAsキャップ層310のp型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層9に接する部分の幅W2は小さくなる。なお、第1エッチング停止層8b、第2エッチング停止層8cおよび第3エッチング停止層8aは、エッチング停止層の一例としてのp型多層エッチング停止層8を構成する。また、p型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層9とp型GaAsキャップ層310とは、目標高さより高いリッジストライプ部123を構成する。
【0078】
次に、図9に示すように、ストライプ形状のフォトレジスト膜11を除去する。
【0079】
次に、図10に示すように、n型AlGaAs電流阻止層121をMOCVD法(有機金属化学気相堆積法)を用いて1.5μm結晶成長する。このとき、n型AlGaAs電流阻止層121は、p型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層9およびp型GaAsキャップ層310の両側面を隙間なく覆う。
【0080】
このように、n型AlGaAs電流阻止層121を積層する際、リッジストライプ部123以外の部分でGaAs薄膜(第3エッチング停止層8a)が露出しているので、n型AlGaAs電流阻止層121を積層する際に発生しやすい三次元成長などの異常成長を抑えることができる。
【0081】
また、n型AlGaAs電流阻止層121のAl組成比を0.7の高組成とし、電流狭窄をpnpn構造によって行う一方、実屈折率分布構造を用いて横モード制御を行っている。MOCVD法のような気相成長法を用いれば、少々の段差があっても連続した膜でリッジストライプ部123の側面を連続して覆うことができ、図14、図21〜図23に示すような空洞部22の発生をなくすか、または、その空洞部522の大きさを大幅に縮小させることができる。
【0082】
次に、フォトリソグラフィ法とウェットエッチング法を用いて、p型GaAsキャップ層310およびn型AlGaAs電流阻止層121の頂部を除去する。これにより、図11に示すように、第1導電型の電流阻止層の一例としてのn型AlGaAs電流阻止層21からp型GaAsキャップ層10の頂部が露出する。なお、p型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層9とp型GaAsキャップ層10とが、第2導電型のリッジストライプ部の一例としての所定のパターン幅のリッジストライプ部23を構成する。
【0083】
その後、図示しない表面のフォトレジスト膜を除去し、図12に示すように、p型GaAsキャップ層10およびn型AlGaAs電流阻止層21上にp型GaAsコンタクト層31を約40μm結晶成長する。
【0084】
次に、n型GaAs基板101の下面を研磨し、これまでの工程で形成した積層構造を有するウエハ全体の厚さを120μm程度にして、図1に示すn型GaAs基板1を得る。その後、p型GaAsコンタクト層31上にp側電極42を形成する一方、n型GaAs基板1下にn側電極41を形成する。そして、共振器長が800μmになるようにウエハをへき開する。このとき、上記リッジストライプ部23は所定のパターン幅で共振器方向に延びている。その後、光出射端面にはAl2O3保護膜(図示せず)を形成して低反射率(約5%)にする。一方、光出射端面とは反対側の後端面には、Al2O3/a−Siの多層膜(図示せず)を形成して高反射率(約95%)にして、実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子が完成する。
【0085】
上記実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の特性については、発振波長780nm、閾値電流35mA、光出力180mWまでキンクフリーであった。
【0086】
図13に、本実施の形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子と、図14の従来例の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子との駆動電流特性を示す。図13では、本実施の形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の駆動電流特性を一点鎖線製で示し、図14の従来例の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子との駆動電流特性を実線で示している。
【0087】
図13から分るように、本実施の形態,図14の従来例において閾値電流値は共に略35mAと同じであるが、駆動電流対光出力の傾きから読み取られる微分効率は、図14の従来例で0.93〜0.97W/Aであったのに対して、本実施の形態で1.04〜1.07W/Aと向上している。すなわち、本実施の形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子は光出力特性が改善している。
【0088】
上記実施の形態では、AlGaAs系材料を用いてクラッド層を形成したが、例えば、AlとGaとを含む材料、AlGaInP系材料、AlGaInAs系材料などを用いてクラッド層を形成してもよい。つまり、本発明の半導体レーザ素子の材料は本実施の形態に限定されない。
【0089】
また、上記実施の形態では、第2上クラッド層の材料と同じ材料からなる第1エッチング停止層を用いていたが、第2上クラッド層の材料と異なる材料からなる第1エッチング停止層を用いてもよい。この場合、キャップ層に対してエッチングレートが大であり、かつ、第2上クラッド層と第1エッチング停止層とに対してエッチング不可能またはエッチングレートが小なエッチング液を用いて、p型キャップ層の選択エッチングを行う。
【0090】
また、上記実施の形態では、キャップ層の材料と同じ材料からなる第2,第3エッチング停止層を用いていたが、キャップ層の材料と異なる材料からなる第2,第3エッチング停止層を用いてもよい。この場合、第2上クラッド層に対してエッチングレートが大であり、かつ、キャップ層と第1,第2エッチング停止層とに対してエッチング不可能またはエッチングレートが小なエッチング液を用いて、第2上クラッド層の選択エッチングを行う。
【0091】
また、上記実施の形態では、3層からなる多層エッチング停止層を用いていたが、互いに組成が異なる4層以上の層からなる多層エッチング停止層を用いてもよい。または、n−1層(nは2以上の整数)の第1ストップ層と、この第1ストップ層の組成とは異なるn層の第2ストップ層とで4層以上の層からなる多層エッチング停止層を構成してもよい。
【0092】
また、上記実施の形態における各層の導電型を逆にして、実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子を形成してもよい。
【0093】
また、本実施の形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子は半導体レーザユニットに搭載してもよい。そして、この半導体レーザユニットは電子機器に使用してもよい。
【0094】
【発明の効果】
【0095】
以上より明らかなように、本発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、第1材料層をパターン加工してクラッド層にするとき、クラッド層を選択エッチング可能にする材料からなる第2ストップ層を用いるので、第2ストップ層より下の層が侵食されるのを防止できる。
【0096】
また、第2材料層をパターン加工してキャップ層を得るとき、キャップ層を選択エッチング可能にする材料からなる第1ストップ層を用いているので、第1ストップ層より下の層が侵食されるのを防止できる。
【0097】
また、上記キャップ層を選択エッチングにより形成しているので、クラッド層の幅を大きく変えることなく、キャップ層の幅を所望のパターン幅にすることができる。したがって、上記クラッド層,キャップ層間の段差を小さくできる。
【0098】
また、上記クラッド層,キャップ層間の段差を小さくできるので、クラッド層,キャップ層間の段差が小さい状態で、クラッド層とキャップ層とを両側面側から挟むように電流阻止層を形成することにより、積層構造中に空洞が形成されるのを阻止できる。または、積層構造中に形成される空洞を大幅に縮小できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明の実施の一形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の模式構造図である。
【図2】 図2は上記実施の一形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【図3】 図3は上記実施の一形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【図4】 図4は上記実施の一形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【図5】 図5は上記実施の一形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【図6】 図6は上記実施の一形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【図7】 図7は上記実施の一形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【図8】 図8は上記実施の一形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【図9】 図9は上記実施の一形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【図10】 図10は上記実施の一形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【図11】 図11は上記実施の一形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【図12】 図12は上記実施の一形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【図13】 図13は、本実施の形態の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子と、図14の従来の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子との駆動電流特性を示すグラフである。
【図14】 図14は従来の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の模式構造図である。
【図15】 図15は上記従来の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【図16】 図16は上記従来の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【図17】 図17は上記従来の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【図18】 図18は上記従来の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【図19】 図19は上記従来の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【図20】 図20は上記従来の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【図21】 図21は上記従来の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【図22】 図22は上記従来の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【図23】 図23は上記従来の実屈折率型リッジストライプ半導体レーザ素子の製造過程のうちの1つの工程の模式断面図である。
【符号の説明】
1 n型GaAs基板
5 Al0.1Ga0.9As活性層
8 p型多層エッチング停止層
8a 第3エッチング停止層
8b 第1エッチング停止層
8c 第2エッチング停止層
9 p型Al0.5Ga0.5As第2上クラッド層
10 p型GaAsキャップ層
21 n型AlGaAs電流阻止層
23 リッジストライプ部
Claims (2)
- 半導体基板上に、少なくとも、発光する活性層とエッチング停止層とが順次積層され、クラッド層とこのクラッド層を覆うキャップ層との積層からなって所定のパターン幅で共振器方向に延びる第2導電型のリッジストライプ部が上記エッチング停止層上に形成されると共に、上記リッジストライプ部を両側面側から挟むように第1導電型の電流阻止層が形成されている半導体レーザ素子を製造する製造方法であって、
上記エッチング停止層として、上記クラッド層を選択エッチング可能にする材料からなる第3ストップ層と、上記キャップ層を選択エッチング可能にする材料からなる第1ストップ層と、上記クラッド層を選択エッチング可能にする材料からなる第2ストップ層とを順次積層する第1工程と、
上記エッチング停止層上に、上記クラッド層の材料とすべき第1材料層と、上記キャップ層の材料とすべき第2材料層とを順次積層する第2工程と、
上記リッジストライプ部の幅よりも広い幅を有するストライプ形状のフォトレジスト膜を上記第2材料層の表面上に形成した後、上記第1材料層と上記第2材料層との間でエッチング選択性のない薬液を用いて、上記第1材料層の厚さ方向の途中までエッチングを行うことにより、上記第1,第2材料層のうち上記リッジストライプ部よりも広い領域を残して、その領域の両側に相当する部分を除去する第3工程と、
上記第1材料層をエッチング可能な薬液を用いて、上記第1材料層のうち残された領域の側部を、少なくとも上記第2ストップ層の一部が露出するまで選択エッチングする第4工程と、
上記第1材料層に対して上記第2材料層および上記第2ストップ層を選択的にエッチングする薬液を用いて、上記第2材料層のうち残された領域の側部と、上記露出した第2ストップ層の一部とを、少なくとも上記第1ストップ層の一部が露出するまで選択エッチングすることにより、上記キャップ層の上記クラッド層側の端部を得る第5工程と、
上記第2材料層および上記第2ストップ層に対して上記第1材料層および上記第1ストップ層を選択的にエッチングする薬液を用いて、上記第1材料層のうち残された領域の側部と、上記露出した第1ストップ層の一部とを、少なくとも上記第3ストップ層の一部が露出するまで選択エッチングすることにより、上記クラッド層を得る第6工程と、
上記ストライプ形状のフォトレジスト膜を除去する第7工程と、
上記クラッド層および上記キャップ層を両側面側から挟むように第1導電型の電流阻止層を形成する第8工程と
を備え、
上記第6工程を行うことによって、上記クラッド層の上記活性層側の端部の幅は、少なくとも一部が選択エッチングされた上記第1,第2ストップ層の幅と略一致し、かつ、上記キャップ層の上記クラッド層側の端部の幅は、上記クラッド層の上記キャップ層側の端部の幅に比べて小さくなることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 - 請求項1に記載の半導体レーザ素子の製造方法で製造されたことを特徴とする半導体レーザ素子。
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