JP4589080B2

JP4589080B2 - エッチング方法

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Publication number: JP4589080B2
Application number: JP2004316610A
Authority: JP
Inventors: 篤勇角田; 章義菅原
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Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
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Description

本発明は、リッジ部を備える半導体レーザ素子の製造工程におけるエッチング方法に関する。
本発明において、用語「略垂直」は、垂直を含む。

半導体レーザ素子、たとえば６００ｎｍ帯で発振するＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザ素子は、ポインター、バーコードリーダ、レーザビームプリンタ、および光ディスクなどの光情報処理用光源として用いられる。このような半導体レーザ素子は、たとえば光ディスクへの書き込み速度の高速化を実現するために、レーザ光の高出力化が求められ、レーザ光の高出力化に伴う高温環境下においても動作可能な高温動作性能が求められる。特に高出力のレーザの作製においては誘電体リッジ埋め込み型構造を有する実屈折率導波型が有効である。従来、誘電体リッジ埋め込み型構造の半導体レーザ素子の製造方法が実用に供されている（たとえば特許文献１参照）。

図５は、従来の誘電体リッジ埋め込み型構造のＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザ素子１の製造方法（以下、単に「半導体レーザ素子の製造方法」ということがある）によって製造される半導体レーザ素子１を示す正面図である。図６は、従来の半導体レーザ素子１の製造方法においてリッジ部２を形成した状態を示す正面図である。図７は、従来の半導体レーザ素子１の製造方法においてリッジ部２の一部を除去した状態を示す正面図である。半導体レーザ素子１の製造方法では、先ず、ｎ型ＧａＡｓ基板３上にｎ型ＧａＡｓバッファー層４、ｎ型ＧａＩｎＰバッファー層５、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層７、ｐ型第１ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８、ＧａＩｎＰエッチストップ層９、p型第２ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１１およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１２を順次積層させる。次にｐ型ＧａＡｓキャップ層１２、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１１、およびｐ型第２ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０の一部をドライエッチングし、エッチング後の結晶表面についた付着物を酸化させる目的でＵＶ−Ｏ_３アッシングする。

次に、硫酸・過酸化水素水系のエッチング液でｐ型ＧａＡｓキャップ層１２をサイドエッチングする。そして次のエッチングを安定に進めるための表面処理として、バッファードフッ酸に浸漬しリンスを行う。次に、ｐ型第２ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０をＧａＩｎＰエッチストップ層９でエッチングストップするまでウェットエッチングし、リッジ部２を形成する。リッジ部２には、図６に示すように、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１１のひさし状の突起部１３が形成される。

次に、レジスト１４を塗布し瞬間露光して、図７に示すように、リッジ部２のｐ型ＧａＩｎＰ中間層１１から積層方向一方の部分のみを露出させ、そのレジスト１４をマスクにし、エッチングして突起部１３が除去される。そのためのエッチング液は、リン酸と塩酸と過酸化水素水との混合液が用いられる。

次に、リッジ部２の外周部に誘電体膜、たとえばＳｉＯ_２膜１５を蒸着し、フォトリソグラフィーを用いたエッチングによってリッジ部２の積層方向一端部のＳｉＯ_２を除去する。最後に、積層方向両端面部に、それぞれ電極１５，１６を形成し、図５に示すような誘電体埋め込みリッジ構造のＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザ素子１が得られる。

特開２００２−１９８６１４号公報

図８は、半導体レーザ素子１の製造方法におけるリッジ部２の一部を除去した場合に異常が発生した状態を示す正面図であり、図８（ａ）は、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１２が不所望に除去された状態を示す正面図、図８（ｂ）は、ｐ型第２ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０が不所望にエッチングされた状態を示す正面図、図８（ｃ）は、突起部１３の根元が不所望に除去されない状態を示す正面図である。

従来の技術におけるｐ型ＧａＩｎＰ中間層１１のひさし状の突起部１３を、リン酸と塩酸と過酸化水素水との混合液が用いたエッチングによって除去する方法では、次のような問題がある。図８（ａ）に示すように、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１２が消失するおそれ、図８（ｂ）に示すように、前記エッチング液がレジスト１４を侵すことに起因してレジストの隙間からエッチング液がしみ込みｐ型第２ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０がエッチングされるおそれがある。

また突起部１３を除去する他の方法として超音波洗浄によって突起部１３に超音波の振動を与え、突起部１３を折るなどして物理的に除去する方法がある。このような方法は図８（ｃ）に示すように突起部１３が根元から除去されないおそれがあり、完全に突起部１３を除去することができない。

このようにｐ型ＧａＡｓキャップ層１２およびｐ型第２ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０が不所望にエッチングされた場合、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１２が部分的に消失すれば、電極はｐ型ＧａＡｓキャップ層１２ではなくｐ型ＧａＩｎＰ中間層１１に接するように形成されるおそれがある。このように適切な電極形成ができなくなり、抵抗が増大して動作電圧が増大するという問題がある。

突起部１３が完全に除去されない場合には、換言すると突起部１３が除去されてスムースなリッジとなっていない場合には、突起部１３の直下の部分は影になり誘電体膜１５が未蒸着となる。したがって誘電体膜１５によるリッジ部２の埋め込みが充分にできないので、未蒸着の部分から光が漏れ出し、外部微分効率が低下して動作電流の値が増大してしまうという問題がある。

したがって本発明の目的は、第２導電型キャップ層および第２導電型第２クラッド層の変形を抑制して、第２導電型中間バンドギャップ層の突起部を除去するエッチング方法を提供することである。

本発明は、基板、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型第１クラッド層、エッチングストップ層、第２導電型第２クラッド層、第２導電型中間バンドギャップ層、および第２導電型キャップ層が順次積層された積層構造体であって、該積層構造体の長手方向と積層方向とのいずれの方向にも略垂直な方向において前記第２導電型第２クラッド層および前記第２導電型キャップ層よりも前記第２導電型中間バンドギャップ層が突出した積層構造体から、前記第２導電型中間バンドギャップ層の突出した部分である突出部を、エッチングによって除去するエッチング方法であって、
前記第２導電型第２クラッド層および前記エッチングストップ層の、前記第２導電型中間バンドギャップ層に臨む外周部をレジストで覆うレジスト工程と、
前記レジスト工程の後に、前記突出部をエッチング液によってエッチングして除去するエッチング工程とを含み、
前記エッチング液は、前記第２導電型キャップ層に対するエッチングレートが０．２μｍ／分以下となるような混合比で、飽和臭素水とリン酸と水とが混合された混合液であることを特徴とするエッチング方法である。

また本発明は、前記第２導電型中間バンドギャップ層がＧａＩｎＰ結晶から成り、前記第２導電型キャップ層がＧａＡｓ結晶から成ることを特徴とする。

また本発明は、前記レジスト工程と前記エッチング工程との間に、前記レジスト工程で発生する残渣を除去するための光励起アッシングを行う光励起アッシング工程をさらに有することを特徴とする。

本発明によれば、第２導電型第２クラッド層およびエッチングストップ層の第２導電型中間バンドギャップ層に臨む外周部をレジストで覆うレジスト工程と、少なくとも第２導電型第２クラッド層を不可避的に除き、第２導電型中間バンドギャップ層および第２導電型キャップ層をエッチングするエッチング工程とを有する。エッチング工程において用いるエッチング液は、第２導電型キャップ層に対するエッチングレートが０．２μｍ／分以下となるような混合比で、飽和臭素水とリン酸と水とが混合された混合液である。これにより、次の効果を奏する。第２導電型第２クラッド層および第２導電型キャップ層を不所望にエッチングすることなく、突出部だけエッチングして確実に除去することができる。つまり第２導電型キャップ層および第２導電型第２クラッド層の変形を抑制して、第２導電型中間バンドギャップ層の突起部を除去することが可能となる。それ故、積層方向に略垂直な方向に関して、凹凸のないリッジ部を備える積層構造体を製造することができる。この積層構造体を用いて半導体レーザ素子を製造することで、半導体レーザ素子における動作電圧の増大、および外部微分量子効率の低下を防止することができる。これによって安定した低動作電流で動作する半導体レーザ素子を製造することができる。特にレーザ光の高出力化に伴う高温環境下においても、安定した低動作電流で動作する半導体レーザ素子を得ることが可能となる。

また本発明によれば、第２導電型中間バンドギャップ層がＧａＩｎＰ結晶から成り、第２導電型キャップ層がＧａＡｓ結晶から成るので、第２導電型中間バンドギャップ層の突出部をエッチングして、残余の部分を不所望にエッチングしないエッチング方法を実現することができる。

また本発明によれば、光励起アッシングを行う光励起アッシング工程をさらに有する。光励起アッシングすることによって、レジスト工程において生じた不所望な異物を除去することができ、高精度にエッチングすることができる。これによって不所望に第２導電型キャップ層をエッチングすることを可及的に防ぐことができる。

図１は、本発明の実施の一形態である半導体レーザ素子２０の製造方法によって製造される半導体レーザ素子２０を示す正面図である。半導体レーザ素子２０は、順方向に電流が流れると、レーザ光を発光可能に構成され、たとえば光ピックアップに用いられる。半導体レーザ素子２０は、化合物半導体多層構造２１、誘電体層２２、ｎ型電極２３およびｐ型電極２４を含んで構成される。

化合物半導体多層構造２１は、基板２５上に、第１バッファ層２６、第２バッファ層２７、第１クラッド層２８、活性層２９、第２クラッド層３０およびエッチングストップ層３１が積層方向Ｘ１に順次積層され、エッチングストップ層３１にリッジ部３２が設けられて構成される。半導体基板２５である基板２５は、複数の積層体を積層可能であって、ｎ型電極２３とオーミック接触を取ることができるように構成される。基板２５は、たとえばｎ型のガリウム砒素（ＧａＡｓ）によって構成される。

第１バッファ層２６は、第２バッファ層２７と協働して、格子間隔が異なる基板２５と第１クラッド層２８とを格子整合するために設けられる。第１バッファ層２６は、たとえばｎ型のＧａＡｓによって構成される。第２バッファ層２７は、第１バッファ層２６と協働して、格子間隔が異なる基板２５と第１クラッド層２８とを格子整合するために設けられる。第２バッファ層２７は、たとえばｎ型のガリウムインジウムリン（ＧａＩｎＰ）によって構成される。

第１クラッド層２８および第２クラッド層３０は、活性層２９より大きい禁制帯の半導体で構成され、活性層２９にキャリアを閉じ込めるために設けられる。第１クラッド層２８は、第１導電型クラッド層であって、ｎ型のクラッド層であり、たとえばｎ型のアルミニウムガリウムインジウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）によって構成される。第２クラッド層３０は、第２導電型第１クラッド層であって、ｐ型のクラッド層であり、たとえばｐ型のＡｌＧａＩｎＰによって構成される。

活性層２９は、閉じ込められるキャリアである電子および正孔を発光再結合し、前記発光再結合によって発生するレーザ光を増幅して外方へ出力可能に構成される。活性層２９は、たとえば多重量子井戸構造（Multi Quantum Well：略称ＭＱＷ）によって構成される。活性層２９は、たとえばＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰによって構成される。

エッチングストップ層３１は、エッチングする際、第２クラッド層３０がエッチングされることを防止するために設けられる。エッチングストップ層３１は、たとえばｐ型のＧａＩｎＰによって構成される。

リッジ部３２は、第３クラッド層３３、中間層３４およびキャップ層３５を順次積層することによって形成される。リッジ部３２は、エッチングストップ層３１の積層方向Ｘ１に臨む表面部３６の幅方向中間部に設けられ、長手方向に伸びるストライプ状に形成される。リッジ部３２は、幅方向長さがエッチングストップ層３１の幅方向長さより短尺に形成され、積層方向Ｘ１に向かうにつれて段階的に狭まるように形成される。リッジ部３２は、長手方向に垂直な仮想平面で切断して見た断面が、略台形状に形成される。リッジ部３２は、キャリアを幅方向一部分に集中させて活性層２９に注入するために設けられる。

第３クラッド層３３は、第２導電型第２クラッド層であって、積層方向Ｘ１に向かうに従って連続的に狭まるように形成される。具体的には、第３クラッド層３３は、その幅方向両側面部を積層方向Ｘ１に対して斜行させて、前記両側面部が積層方向Ｘ１に臨むように形成される。第３クラッド層３３は、第２クラッド層３０と同様に、活性層２９に光を閉じ込めるために禁制帯が活性層２９より大きい半導体で構成される。このようにして形成される第３クラッド層３３は、たとえばｐ型のＡｌＧａＩｎＰによって構成される。

中間層３４は、第２導電型中間ハンドギャップ層であって、幅方向長さが一定になるように形成され、幅方向両側面部が積層方向Ｘ１に略平行に形成される。「略平行」には、平行を含む。中間層３４は、禁制帯が異なる第３クラッド層３３とキャップ層３５との間に生じる障壁を緩和する、すなわち禁制帯の不連続性を緩衝するために設けられる。中間層３４は、たとえばｐ型のＧａＩｎＰによって構成される。

キャップ層３５は、第２導電型キャップ層であって、積層方向Ｘ１に向かうに従って連続的に狭まるように形成される。キャップ層３５は、その幅方向両側面部を積層方向Ｘ１に対して斜行させて、前記両表面部が積層方向Ｘ１に臨むように形成される。キャップ層３５は、ｐ型電極２４とオーミック接触するために設けられる。このようにして形成されるキャップ層３５は、たとえばｐ型のＧａＡｓによって構成される。

第３クラッド層３３およびキャップ層３５は、中間層３４に臨む表面部が、中間層３４の積層方向Ｘ１に垂直な表面部とほぼ同一の形状に形成される。これによってリッジ部３２は、第３クラッド層３３、中間層３４およびキャップ層３５によって、幅方向両表面部３７が連続的に形成され、幅方向両表面部３７が積層方向Ｘ１に臨む、または積層方向Ｘ１に略平行となるように形成される、つまり段階的に狭まるように形成される。

化合物半導体多層構造２１の積層方向Ｘ１に臨む表面部には、リッジ部３２の積層方向Ｘ１に臨む表面部（以下「リッジ露出面部」と称する場合がある）３８を除く残余部（以下「誘電体層被覆部」と称する場合がある）３９を覆うように、化合物半導体多層構造２１が対向する位置から離隔する方向に薄膜の誘電体層２２が積層される。誘電体層２２は、リッジ部３２の幅方向両表面部との間に空隙が介在することなく、前記幅方向両表面部３７に密接させて積層される。誘電体層２２は、絶縁材料によって構成され、不所望な位置からリッジ部３２およびエッチングストップ層３１に電流が流れることを防止し、リッジ部３２にキャリアを集中させるために設けられる。誘電体層２２は、たとえば酸化珪素（ＳｉＯ_２）によって形成される。

基板２５には、基板２５を覆うように、基板２５に対向する位置から離隔する方向に薄膜のｎ型電極２３が積層される。ｎ型電極２３は、基板２５とオーミック接触が取れるように構成され、ｐ型電極２４と協働して化合物半導体多層構造２１に電流を流すために設けられる。リッジ露出面部３８および誘電体層２２には、リッジ露出面部３８および誘電体層２２を覆うように、誘電体層２２およびリッジ露出面部３８に対向する位置から離間する方向に薄膜のｐ型電極２４が積層される。ｐ型電極２４は、キャップ層３５とオーミック接触が取れるように構成され、ｎ型電極２３と協働して化合物半導体多層構造２１に電流を流すために設けられる。

このように構成される半導体レーザ素子２０は、順方向にバイアスが印加されると、キャリアが活性層２９に導かれ、活性層２９で発光再結合が行われてレーザ光を発生する。レーザ光は、活性層２９内で増幅され活性層２９の長手方向である共振方向一方から出力される、すなわちレーザ光が発せられる。半導体レーザ素子２０は、誘電体層２２およびリッジ部３２を備えるいわゆる実屈折率導波型の半導体レーザ素子２０であるので、注入されるキャリアを活性層２９の局所に集中させることができる。これによって半導体レーザ素子２０は、高出力のレーザ光を発光することができる。このように高出力のレーザ光を発光すると、発光部である活性層２９では、発光再結合および非発光再結合に伴って発熱する。このような半導体レーザ素子２０の製造方法について以下で説明する。

図２は、半導体レーザ素子２０の製造方法の手順について示すフローチャートである。図３Ａ、ＢおよびＣは、半導体レーザ素子２０の製造方法の手順を段階的に示す正面図である。半導体レーザ素子２０の製造方法の製造工程には、積層工程、マスク形成工程、サイドエッチング工程、リッジ部形成工程、レジスト形成工程、アッシング工程、除去工程、誘電体層形成工程、および電極形成工程が含まれる。半導体レーザ素子２０の製造工程は、図示しない有機金属気相成長（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy；略称ＭＯＶＰＥ）装置に基板２５を装着すると開始され、ステップａ０からステップａ１へ移行する。

ステップａ１は、積層工程であって、図３Ａ（ａ）に示すように、ＭＯＶＰＥ装置に装着される基板２５であって、（１００）面から［０１１］方向に１５°傾けた面を主面とする基板２５上に、少なくとも第１バッファ層２６、第２バッファ層２７、第１クラッド層２８、活性層２９、第２クラッド層３０、エッチングストップ層３１、第３クラッド層３３、中間層３４およびキャップ層３５を、順次積層方向Ｘ１にＭＯＶＰＥ法で結晶成長させることによって積層して、ステップａ２に移る。ステップａ１では、複数の積層体が積層して、多層積層体構造が形成され、ステップａ２に移る。

ステップａ２は、マスク形成工程であって、図３Ａ（ｂ）に示すように、積層方向Ｘ１に臨む表面部（以下「エッチング表面部」と称する場合がある）４０にリソグラフィーを用いてエッチングマスク４１を形成し、ステップａ３に移る。エッチングマスク４１は、ドライエッチングによってリッジ部３２の前駆体４２を形成するために設けられる。エッチングマスク４１の具体的な形成方法は、エッチング表面部４０にＳｉＯ_２膜４１を蒸着して、フォトリソグラフィーの方法を用いてＳｉＯ_２膜上にストライプ状のレジストパターン加工し、レジストパターン４７をマスクとしてＳｉＯ_２膜を反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching：略称ＲＩＥ）法によってエッチングして、レジストパターン４７を除去し、ＳｉＯ_２膜４１のパターンを形成する。

ステップａ３は、エッチング工程であって、図３Ａ（ｃ）に示すように、第３クラッド層３３、中間層３４およびキャップ層３５の一部をエッチングし、エッチング後に結晶表面についた付着物を酸化させる目的でＵＶ−Ｏ_３アッシングして、ステップａ４に移る。第３クラッド層３３、中間層３４およびキャップ層３５の一部をＳｉＯ_２膜のパターンをマスクとして、誘電結合型プラズマ（Inductively Coupled Plasma：略称ＩＣＰ）ドライエッチング法によって、エッチング表面部４０に対向する位置からエッチング表面部４０に近接する方向に多層積層体構造をドライエッチングして、リッジ部３２の前駆体４２を形成する。ただしＩＣＰエッチング法に限定されるものではなく、ドライエッチングであればいずれの方法であってもよい。

リッジ部３２の前駆体４２は、大略的には、長手方向に伸びる略直方体形状に形成される。リッジ部３２の前駆体４２のエッチングストップ層３１に対向する端部には、末広がりになり、すなわち幅方向両端部からリッジ部３２の前駆体４２の中間部に向かって厚みが増加し、エッチングストップ層３１のリッジ部３２に対向する表面部（以下では「リッジ部形成表面部」と称する場合がある）４３を覆う被覆部４４が形成される。

ステップａ４は、サイドエッチング工程であって、図３Ｂ（ｄ）に示すように、キャップ層３５をサイドエッチングし、サイドエッチング後に紫外線（ＵＶ）−オゾン（Ｏ_３）アッシングによって酸化させた付着物をバッファードフッ酸で除去して、ステップａ５に移る。リッジ部３２の前駆体４２は、硫酸過酸化水素水系のエッチャントの浴に浸され、キャップ層３５が幅方向各両端から中央に向かってサイドエッチングされる。硫酸過酸化水素水系のエッチャントは、たとえば硫酸と過酸化水素水と水の混合溶液であり、キャップ層３５をウェットエッチング可能であるけれども、中間層３４、第３クラッド層３３およびエッチングストップ層３１をウェットエッチングすることは困難である。またエッチングを安定に進めるための表面処理として、サイドエッチング後にＵＶ−Ｏ_３アッシングによって酸化させた付着物をバッファードフッ酸で除去する。このときバッファードフッ酸液によってＳｉＯ_２膜４１は除去される。

ステップａ５は、リッジ部形成工程であって、図３Ｂ（ｅ）に示すように、第３クラッド層３３をエッチングして中間層３４の突出部を有するリッジストライプ構造を形成する第１のエッチング工程を行い、ステップａ６に移る。ＨＦエッチング液で第３クラッド層３３をエッチングストップ層３１のリッジ部形成表面部４３でエッチングストップするまでエッチングして、リッジストライプ構造、換言するとリッジ部３２を形成する。

ステップａ５において形成され得る突出部４５であって、第３クラッド層３３およびキャップ層３５に対し、中間層３４が積層方向に略垂直な方向に関して突出している突出部４５が形成される。

ステップａ６は、レジスト形成工程であって、図３Ｂ（ｆ）に示すように、第２クラッド層３０およびエッチングストップ層３１の中間層３４に臨む外周部４６をレジスト４８で覆い、ステップａ７に移る。エッチングストップ層３１に、エッチングストップ層３１およびリッジ部３２に対向する位置から離隔する方向にレジスト４８をリソグラフィーを用いて形成する。レジスト４８は、具体的には、第３クラッド層３３および突出部４５を埋め込んだ状態で、突出部４５の積層方向に臨む表面部および幅方向の外周部だけが露出するようにエッチングストップ層３１上に形成される。レジスト４８をエッチングストップ層３１の全面に塗布し、たとえば２．６秒、瞬間露光をして、中間層３４から積層方向の一部分のみを露出させる。レジスト４８は、たとえばポジレジストであって、具体的には、クレゾールノボラック樹脂、ジアゾ系感光剤、またはプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（メトキシプロピルアセテート）が主成分として構成される。

ステップａ７は、主に前記レジスト形成工程で発生する残渣を除去するためのアッシング工程であって、光励起アッシングして、リッジ部３２の表面部のエッチング残渣を除去して、ステップａ８に移る。光励起アッシング、たとえば紫外線（ＵＶ）−オゾン（Ｏ_３）アッシングによって、レジスト４８を２００Å程度除去する。

ステップａ８は、除去工程であって、図３Ｃ（ｇ）に示すように、少なくとも第３クラッド層３３を不可避的に除き、中間層３４およびキャップ層３５をエッチングして、突出部４５を除去して、その後レジスト４８を除去して。ステップａ９に移る。前述の工程で形成されたレジスト４８をマスクにし、エッチングを行うことによって突出部４５を除去する。エッチング液は、たとえば飽和臭素水（ＳＢＷ）とリン酸と水との混合液を用いる。

ＳＢＷとリン酸と水との配合割合は特に制限されず、広い範囲から適宜選択できるけれども、エッチング液は中間層３４の突出部４５をエッチングし、かつキャップ層３５もエッチングするという特性を有する。したがって中間層３４の突出部４５は余すところなく完全に除去することができるが、キャップ層３５を不所望にエッチングしないようにキャップ層３５に対するエッチングレートは調整される。エッチング液は、キャップ層３５のエッチング量は精度よく制御され、目減りをコントロールされる。エッチング液は、キャップ層３５に対するエッチングレートが０．２μｍ／分以下であることが好ましい。

またエッチング液の液温は、特に制限されず、適宜設定すればよいが、通常は室温近辺で扱いやすい２０℃前後とすればよい。たとえば、エッチング液は、摂氏２０度のＳＢＷ：リン酸：水＝２：１：２５０に設定される。この配合比でのキャップ層３５に対するエッチングレートは０．０２μｍ／分である。

エッチングによって突出部４５が除去された後、レジスト４８は、たとえばリムーバーまたはアッシングによって除去される。ステップａ６〜ステップａ８は、第２のエッチング工程であって、前述したように突出部４５がエッチングによって除去される。

ステップａ９は、誘電体層形成工程であって、図３Ｃ（ｈ）に示すように、誘電体層を形成し、ステップａ１０に移る。先ず、誘電体層２２の前駆体を、誘電体層被覆部３９およびリッジ露出面部３８を覆うように、化合物半導体多層構造２１が対向する位置から離隔する方向に積層する。次に、誘電体層２２の前駆体のリッジ露出面部３８の積層方向Ｘ１に形成される部分が、フォトリソグラフィーを用いたエッチングによって除去され、誘電体層２２が形成される。

誘電体層２２の前駆体は、たとえばプラズマ化学的気相成長（Plasma Chmical Vopour Depsition：略称ＰＣＶＤ）法によって形成される。誘電体層２２の前駆体は、リッジ部３２の幅方向両側面部が積層方向Ｘ１に臨むようにまたは積層方向Ｘ１に略平行に形成されるので、リッジ部３２に層厚がばらつくことなく略均一に形成され、リッジ部３２に密接に形成することができる。

ステップａ１０は、電極形成工程であって、図３Ｃ（ｉ）に示すように、誘電体層２２および基板２５に、電極を形成して、ステップａ１１に移る。誘電体層２２およびリッジ露出面部３８に、誘電体層２２およびリッジ露出面部３８に対向する位置から離隔する方向にｐ型電極２４を設ける。基板２５には、基板２５に対向する位置から離隔する方向にｎ型電極２３が設けられる。このように電極２３，２４を設けることによって、図３Ｃ（ｉ）に示すような半導体レーザ素子２０を形成することができる。このようにして半導体レーザ素子２０が形成されると、ステップａ１１に移り、半導体レーザ素子２０の製造が終了する。

以上説明したように、本実施の形態の半導体レーザ素子２０の製造方法は、積層する工程、エッチングする工程、サイドエッチングする工程、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程を有する。これらの工程によって、リッジストライプ構造３２を有する半導体レーザ素子２０が製造される。第２のエッチング工程では、第１のエッチング工程において形成され得る突出部４５であって、第３クラッド層３３およびキャップ層３５に対し、中間層３４が積層方向に略垂直な方向に関して突出している突出部４５をエッチングして除去する。

第２のエッチング工程は、ステップａ６におけるレジスト４８で覆う段階と、ステップａ８におけるエッチングする段階とを有する。レジスト４８で覆う段階では、第３クラッド層３３およびエッチングストップ層３１の中間層３４に臨む外周部４６をレジスト４８で覆う。これによって第３クラッド層３３およびエッチングストップ層３１がエッチングされることを防いで、中間層３４をエッチングすることができる。エッチングする段階では、少なくとも第３クラッド層３３を不可避的に除き、中間層３４およびキャップ層３５をエッチングする。これによって中間層３４の突出部４５を除去することができ、かつキャップ層３５を不所望にエッチングすることを防ぐことができる。

これによって第３クラッド層３３およびキャップ層３５を不所望にエッチングすることなく、第３クラッド層３３およびキャップ層３５の変形を可及的に抑制して、突出部４５だけエッチングして確実に除去することができる。つまりキャップ層３５および第３クラッド層３３の変形を抑制して、中間層３４の突起部４５を除去することが可能となる。それ故、積層方向に略垂直な方向に関して、凹凸のないリッジ部を製造することができる。したがって動作電圧の増大、および外部微分量子効率の低下を防止することができる。これによって安定した低動作電流で動作する半導体レーザ素子２０を製造することができる。特にレーザ光の高出力化に伴う高温環境下においても、安定した低動作電流で動作する半導体レーザ素子２０を得ることが可能となる。また本実施の形態では、中間層３４がＧａＩｎＰ結晶から成り、キャップ層３５がＧａＡｓ結晶から成る。したがって中間層３４の突出部４５をエッチングして、残余の部分を不所望にエッチングしない製造方法を実現することができる。

また本実施の形態では、第２のエッチング工程において用いられるエッチング液は、飽和臭素水とリン酸と水との混合液である。中間層３４の突出部４５をエッチングして、残余の部分を不所望にエッチングしないエッチング液を実現することができる。

また第２のエッチング工程において、飽和臭素水とリン酸と水との混合液をエッチング液として用いることによって、既存の技術のエッチング液より、第３クラッド層３３とレジスト４８との隙間に、エッチング液がしみ込み難くすることができる。これによってエッチング液が、第３クラッド層３３を不所望にエッチングすることを防ぐことができる。

また既存のエッチング液では本来のエッチングレートでは説明できない突発的なエッチング異常が発生して、キャップ層３５の部分的に消失するおそれがあるが、飽和臭素水とリン酸と水との混合液ではそのようなエッチング異常が発生することを防ぐことができる。

また本実施の形態では、第２のエッチング工程にて、ステップａ６に対応するレジスト４８で覆う段階と、ステップａ８に対応するエッチングする段階の間に、ステップａ７に対応する光励起アッシングする段階をさらに有する。光励起アッシングすることによって、エッチングする際に障害となり得る不所望な異物を除去することができる。換言すれば、光励起アッシングをエッチング前段階で積極的に適用することで、該エッチングする際に障害となる異物の除去を効果的に行うことが可能となる。したがって高精度にエッチングすることができる。これによって不所望にキャップ層３５をエッチングすることを可及的に防ぐことができる。しかもこの光励起アッシングを適用することで、たとえばプラズマアッシングのようなプラズマの荷電粒子によるダメージの発生が皆無となる。

図４は、ステップａ７におけるアッシング工程をせずに、ステップａ８の除去工程をした場合の半導体レーザ素子２０の製造段階における状態を示す正面図である。図４に示すように、エッチング後にリッジ部３２の表面部にエッチング残渣４９が発生する。これはエッチング前のステップａ６に対応するレジスト形成工程で表面に何らかの残渣が発生し、これがエッチング液によってエッチングされて顕在化するものと考えられる。このようなエッチング残渣４９は発生してから除去することは非常に困難である。ステップａ７のアッシング工程によって、レジスト形成工程で発生する何らかの残渣を確実に除去することができ、綺麗なリッジ部３２を形成することができる。

また本実施の形態では、前記エッチング液は、キャップ層３５をエッチングするエッチングレートが０．２μｍ／分以下となるように飽和臭素水とリン酸と水との混合比が設定される。このようにエッチングレートが設定されることによって、キャップ層３５が不所望にエッチングされることを防いで、突出部４５をエッチングして除去することができる。

前述の実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において構成を変更することができる。本実施形態のアッシング工程において、基板２５を加熱してアッシング速度を高めてもよい。これによって、半導体レーザ素子を製造するタクトタイムの短縮を図ることができる。前述の「第３クラッド層３３を不可避的に除き」とは、第３クラッド層３３が、その性能を劣化させない程度において、僅かにエッチングされる場合もあり得ることと同義である。

前述の実施の形態では、第１導電型は、ｎ型の半導体材料によって実現され、第２導電型は、ｐ型の半導体材料によって実現されているが、これに限ることはなく、第１導電型は、ｐ型の半導体材料によって実現され、第２導電型は、ｎ型の半導体材料によって実現されてもよい。

本発明の実施の一形態である半導体レーザ素子２０の製造方法によって製造される半導体レーザ素子２０を示す正面図である。半導体レーザ素子２０の製造方法の手順について示すフローチャートである。半導体レーザ素子２０の製造方法の手順を段階的に示す正面図である。半導体レーザ素子２０の製造方法の手順を段階的に示す正面図である。半導体レーザ素子２０の製造方法の手順を段階的に示す正面図である。ステップａ７におけるアッシング工程をせずに、ステップａ８の除去工程をした場合の半導体レーザ素子２０の製造段階における状態を示す正面図である。従来の誘電体リッジ埋め込み型構造のＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザ素子１の製造方法によって製造される半導体レーザ素子１を示す正面図である。従来の半導体レーザ素子１の製造方法におけるリッジ部２を形成した状態を示す正面図である。従来の半導体レーザ素子１の製造方法におけるリッジ部２の一部を除去する状態を示す正面図である。半導体レーザ素子１の製造方法におけるリッジ部２の一部を除去した場合に異常が発生した状態を示す正面図であり、図８（ａ）は、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１２が不所望に除去された状態を示す正面図、図８（ｂ）は、ｐ型第２ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０が不所望にエッチングされた状態を示す正面図、図８（ｃ）は、突起部１３の根元が不所望に除去されない状態を示す正面図である。

符号の説明

２０半導体レーザ素子
２１化合物半導体多層構造
２２誘電体層
２５基板
２６第１バッファ層
２７第２バッファ層
２８第１クラッド層
２９活性層
３０第２クラッド層
３１エッチングストップ層
３２リッジ部
３３第３クラッド層
３４中間層
３５キャップ層
４５突出部
４８レジスト

Claims

基板、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型第１クラッド層、エッチングストップ層、第２導電型第２クラッド層、第２導電型中間バンドギャップ層、および第２導電型キャップ層が順次積層された積層構造体であって、該積層構造体の長手方向と積層方向とのいずれの方向にも略垂直な方向において前記第２導電型第２クラッド層および前記第２導電型キャップ層よりも前記第２導電型中間バンドギャップ層が突出した積層構造体から、前記第２導電型中間バンドギャップ層の突出した部分である突出部を、エッチングによって除去するエッチング方法であって、
前記第２導電型第２クラッド層および前記エッチングストップ層の、前記第２導電型中間バンドギャップ層に臨む外周部をレジストで覆うレジスト工程と、
前記レジスト工程の後に、前記突出部をエッチング液によってエッチングして除去するエッチング工程とを含み、
前記エッチング液は、前記第２導電型キャップ層に対するエッチングレートが０．２μｍ／分以下となるような混合比で、飽和臭素水とリン酸と水とが混合された混合液であることを特徴とするエッチング方法。
前記第２導電型中間バンドギャップ層がＧａＩｎＰ結晶から成り、前記第２導電型キャップ層がＧａＡｓ結晶から成ることを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
前記レジスト工程と前記エッチング工程との間に、前記レジスト工程で発生する残渣を除去するための光励起アッシングを行う光励起アッシング工程をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載のエッチング方法。