JP4985439B2 - 分布帰還型半導体レーザの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、分布帰還型半導体レーザの製造方法に関する。

従来より、半導体光素子として、活性層と、活性層の上側若しくは下側の一面側に所定軸に沿って設けられ、周期構造を有する回折格子形成層とを含んで構成される、いわゆる分布帰還型半導体レーザが知られている（例えば、非特許文献１）。

しかしながら、非特許文献１に記載された分布帰還型半導体レーザ１Ａを含め、回折格子形成層が活性層の上側にあるか下側にあるかに関わらず、回折格子を形成してからその上に半導体層をオーバーグロース形成するまでの間、回折格子の表面が外気に曝されてしまう。その結果、回折格子表面の酸化、表面汚染、格子形状の劣化、またこれに起因するオーバーグロース層の結晶性劣化等が生じ、レーザ特性を劣化させる原因となっていた。
武政敬三等、"１０Ｇｂｉｔ／ｓ１．３μｍ ＡｌＧａＩｎＡｓＤＦＢレーザの開発"、沖テクニカルレビュー（２００３）Ｖｏｌ．７０、Ｎｏ．４、ｐ９６

そこで、発明者らは鋭意研究の末、回折格子を外気に曝すことなく、回折格子上にオーバーグロース層を形成することができる技術を新たに見出した。

すなわち、本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、レーザ特性の向上が図られた分布帰還型半導体レーザの製造方法を提供することを課題とする。

本発明に係る分布帰還型半導体レーザの製造方法は、活性層に対して平行に延びる回折格子を有する分布帰還型半導体レーザの製造方法であって、回折格子が形成されるべき第１の半導体層上に、半導体材料からなるエッチングマスクを形成する工程と、エッチングマスクを用いて第１の半導体層を選択的にエッチングし、第１の半導体層に回折格子を形成する工程と、回折格子が形成された第１の半導体層上に、回折格子を覆う第２の半導体層をオーバーグロース形成する工程とを含み、第１の半導体層に回折格子を形成する工程と、第２の半導体層をオーバーグロース形成する工程とは、同一の気相成長装置内にて連続しておこない、オーバーグロース形成する工程では、エッチングマスクを形成する工程において形成されたエッチングマスクを除去することなく、第２の半導体層をオーバーグロース形成し、エッチングマスクの構成材料と第２の半導体層の構成材料とが同じであり、いずれもＡｌを含む半導体材料である。

従来の製造方法では、回折格子を形成するためのエッチングマスクは絶縁性材料で構成されていたが、本発明に係る分布帰還型半導体レーザの製造方法においては、回折格子を形成するためのエッチングマスクが半導体材料で構成されている。そのため、回折格子の形成後にエッチングマスクを除去することなく、回折格子を覆う半導体層をオーバーグロース形成することができる。すなわち、回折格子を外気に曝すことなく、第２の半導体層（いわゆる、オーバーグロース層）を形成することができる。従って、回折格子表面の酸化、表面汚染及び格子形状の劣化を抑制することができる。さらに、その上に形成される第２の半導体層の結晶性劣化を抑制できる。それにより、作製される分布帰還型半導体レーザのレーザ特性の向上が実現される。

また、この場合、実際に形成された回折格子が外気に曝されることなく第２の半導体層が形成される。

また、この場合、エッチングマスクの構成材料と第２の半導体層との界面において結晶欠陥や格子不整合が生じにくくなり、第２の半導体層において良好な結晶性を実現することができる。

また、第１の半導体層に回折格子を形成する工程の際、ＨＣｌ／Ｈ _２ 混合ガス及びＰＨ _３ ガスを用いたエッチングにより回折格子を形成する態様であってもよい。この場合、回折格子の形成の際に、回折格子の表面清浄や表面モフォロジの向上等の効果が得られる。

また、第２の半導体層上に活性層を形成する工程をさらに含む態様であってもよい。この場合、第２の半導体層が、高い結晶性を有する光閉じ込め層として機能するため、良好なレーザ特性を有する分布帰還型半導体レーザが得られる。

また、活性層が、Ａｌを含む半導体材料で構成されている態様であってもよい。この場合、Ａｌを含む半導体材料で構成された活性層を有する温度特性に優れた分布帰還型半導体レーザが得られる。

本発明によれば、レーザ特性の向上が図られた分布帰還型半導体レーザの製造方法が提供される。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するにあたり最良と思われる形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。

（第1実施形態）
図１は、第１実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ１Ａを模式的に示した斜視図である。図１に示すように、分布帰還型半導体レーザ１Ａ（以下、単に「半導体レーザ」とも称す。）は、第１導電型の半導体基板１０と、半導体基板１０上に設けられた半導体メサ部２と、半導体メサ部２の両側に設けられた埋め込み層８０、８１と、半導体メサ部２を上下方向から挟む位置に配置された第１及び第２の電極１１０ａ、１１０ｂとを備えている。

半導体基板１０は、例えばＳｎがドープされたｎ型のＩｎＰ基板であり、その厚さは３５０μｍ、そのキャリア濃度は１．５×１０^１８ｃｍ^−３である。

半導体メサ部２は、半導体基板１０の側から、バッファ層（第１の半導体層）２０、第1の光閉じ込め層（第２の半導体層）３０、活性層４０、第２の光閉じ込め層５０及びクラッド層６０が、順次積層された構成を有している。

バッファ層２０は、Ｓｉがドープされたｎ型ＩｎＰ層であり、その厚さは５５０ｎｍ、そのキャリア濃度は１．１×１０^１８ｃｍ^−３となっている。バッファ層２０と光閉じ込め層３０との界面には、半導体レーザ１Ａの端面に直交する方向（導波路方向、図１におけるＺ方向）に沿って、並列する複数の溝で構成される回折格子２２（周期：２０２ｎｍ）が形成されている（図７参照）。このバッファ層２０の回折格子２２は、導波路方向に進行する光の一部を反対方向に回折し、バッファ層２０とクラッド層６２との間では、その周期によって決定される波長の光が帰還される。

第１の光閉じ込め層３０は、ＳｉがドープされたＡｌＧａＩｎＡｓで構成されており、その組成は例えばＡｌ_０．２６Ｇａ_０．２１Ｉｎ_０．５３Ａｓである。この光閉じ込め層３０の厚さは光閉じ込め層３０と活性層４０との界面の平坦部において７０ｎｍであり、そのキャリア濃度は１．１×１０^１８ｃｍ^−３である。

活性層４０は、例えば交互に積層された井戸層とバリア層とを含む多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する層である。井戸層とバリア層は、互いに組成が異なるＡｌＧａＩｎＡｓ半導体材料からなる。バリア層は、そのバンドギャップ波長が１．１μｍ、その厚さが８ｎｍとなっている。また、井戸層は、そのバンドギャップ波長が１．３１μｍ、その厚さが５ｎｍとなっている。そして、このような井戸層とバリア層とが９周期だけ繰り返されている。

第２の光閉じ込め層５０は、ｐ型不純物（例えば、Ｚｎ）がドープされたＡｌＧａＩｎＡｓで構成されており、その組成は例えばＡｌ_０．２６Ｇａ_０．２１Ｉｎ_０．５３Ａｓである。この光閉じ込め層５０は、その厚さが３２ｎｍ、そのキャリア濃度が６．５×１０^１７ｃｍ^−３となっている。

クラッド層６０は、ｐ型不純物（例えば、Ｚｎ）がドープされたＩｎＰで構成されており、その厚さは２４０ｎｍ、そのキャリア濃度は６．５×１０^１７ｃｍ^−３となっている。

半導体メサ部２の両側面上には、半導体メサ部２を埋め込むように、半導体メサ部２の側面に近い方から、ｐ型の第１埋め込み層８０及びｎ型の第２埋め込み層８１が順次積層されている。

第１埋め込み層８０は、ｐ型不純物（例えば、Ｚｎ）がドープされたＩｎＰで構成されており、そのキャリア濃度は１．０×１０^１８ｃｍ^−３となっている。第1埋め込み層８０は、半導体メサ部２の両側面に近づくにつれて厚さが増していき、半導体メサ部２の両側面においてはクラッド層６０の側部まで覆っている。第２埋め込み層８１は、ｎ型不純物（例えば、Ｓｉ）がドープされたＩｎＰで構成されており、そのキャリア濃度は２．０×１０^１８ｃｍ^−３となっている。これらの埋め込み層８０，８１の厚さについては、半導体メサ部２の側面から十分に離れた半導体基板１０に平行な平坦部において、第1埋め込み層８０の厚さが１０５０ｎｍ、第２埋め込み層８１の厚さが１０５０ｎｍとなっている。

そして、分布帰還型半導体レーザ１Ａには、上述した半導体メサ部２及び埋め込み層８１の上面を全体的に覆うように、クラッド層６２、コンタクト層９０及び絶縁層１００が順次積層されている。

クラッド層６２は、半導体メサ部２のクラッド層６０及び埋め込み層８１の上に設けられている。クラッド層６２は、ｐ型不純物（例えば、Ｚｎ）がドープされたＩｎＰで構成されており、その厚さは１６５０ｎｍ、そのキャリア濃度は１．０×１０^１８ｃｍ^−３となっている。

コンタクト層９０は、ｐ型不純物（例えば、Ｚｎ）がドープされたＩｎＧａＡｓで構成されており、その厚さは５００ｎｍ、そのキャリア濃度は１５．０×１０^１８ｃｍ^−３となっている。

絶縁層１００は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンなどのシリコン系無機絶縁材料で構成されており、その厚さは３５０ｎｍとなっている。また、絶縁層１００は、半導体メサ部２の位置に合わせた開口部１００ａを有している。そして、絶縁層１００と絶縁層１００の開口部１００ａ内において露出するコンタクト層９０とを覆うように第１の電極１１０ａ（例えば、アノード）が設けられている。また、半導体基板１０の裏面には、第２の電極１１０ｂ（例えば、カソード）が設けられている。

図２〜図８は、上述した分布帰還型半導体レーザ１Ａの製造方法を工程毎に模式的に示した図である。分布帰還型半導体レーザ１Ａは、下記各工程を順に経ることによって作製される。
（バッファ層形成工程）

半導体レーザ１Ａを作製する際には、まず、図２に示すように、半導体基板１０上にバッファ層２０を形成する。バッファ層２０は、例えば、ＳｉがドープされたＩｎＰを有機金属気相成長(ＭＯＶＰＥ)を用いて成長させることによって形成される。
（エッチングマスク形成工程）

続いて、回折格子２２を形成するためのエッチングマスク３０ｂを形成する。このエッチングマスク３０ｂを形成するにあたり、まずは、バッファ層２０上に、ＡｌＧａＩｎＡｓで構成されるマスク層３０ａを形成する。なお、マスク層３０ａは、事後的に第１の光閉じ込め層３０の一部を構成することとなる。

本実施形態において、マスク層３０は、以下の条件によるＭＯＶＰＥにより形成される。
・有機金属化合物ガス：ＴＭＩ(トリメチルインジウム、Ｉｎ（ＣＨ_３）_３)、ＴＭＧ（トリメチルガリウム、Ｇａ（ＣＨ_３）_３）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム、Ａｌ（ＣＨ_３）_３）
・水素化合物ガス：ＡｓＨ_３（アルシン）、ＳｉＨ_４（モノシラン）
・ ガス流量：ＴＭＩ、１９２ｓｃｃｍ
ＴＭＧ、２．２ｓｃｃｍ
ＴＭＡ、２５ｓｃｃｍ
ＡｓＨ_３、１００ｓｃｃｍ
ＳｉＨ_４、１．２ｓｃｃｍ
・チャンバ圧力：８０００Ｐａ（８０ｍｂａｒ）
・ 成長温度：６５０℃
・ 厚さ：３０ｎｍ

マスク層３０ａの形成後、成膜された半導体基板１０を成膜装置のチャンバから取り出すと共に、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、マスク層３０ａ上に所定のレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、複数のストライプ状パターンが並列する回折格子用のパターンであり、そのパターン幅や周期は適宜変更することができる。

そして、上記レジストパターンをマスクとしてエッチングをおこない、図３に示すようなＡｌＧａＩｎＡｓで構成された回折格子用のエッチングマスク３０ｂを得る。このエッチングマスク３０ｂは、バッファ層２０が露出する深さまでエッチングすることにより形成される。なお、このエッチング処理には、ＲＩＥ等のドライエッチングやウェットエッチングを利用することができる。レジストパターンを除去した後、エッチングマスク３０ｂが形成された半導体基板１０を成膜装置のチャンバ内に再度設置する。
（回折格子形成工程）

次に、図４に示すように、成膜装置のチャンバ内においてバッファ層２０に回折格子２２を形成する。この回折格子２２は、ＨＣｌガス（ハロゲン系ガス）を用いてバッファ層２０に対しエッチングをおこなうことで形成される。発明者らは、ハロゲン系ガスが、エッチングマスク３０ｂに対してはほとんど反応せず、バッファ層２０に対してだけ反応する特性に着目し、このようにバッファ層２０を選択的にエッチングする方法を採用した。このエッチングは、具体的には、温度６００℃、リアクタ圧力８０００Ｐａ（８０ｍｂａｒ）の条件下で、ＨＣｌ／Ｈ_２の混合ガス（ＨＣ：ｌ５％）を２２ｓｃｃｍ、ＰＨ_３を３００ｓｃｃｍ流しながら約１５分間おこなう。その結果、バッファ層２０が選択的にエッチングされ、バッファ層２０にＩｎＰ層の｛１１１｝面が現れる。このエッチングの際、チャンバ内の温度を６００℃程度にすることで、回折格子２２の表面モフォロジが効果的に改善される。

続いて、結晶成長炉内にＰＨ_３を１００ｓｃｃｍ流しつつ、チャンバ内の温度を６５０℃まで上げる。このとき、６５０℃に達するまでの時間は１〜２分程度の短時間であることが好ましく、それにより、回折格子の形状を維持しつつ、後続の光閉じ込め層３０の形成をおこなうことができる。まだ、ＰＨ_３の流量を１００ｓｃｃｍ程度に抑えることで、回折格子２２の形状がマストランスポートで変わってしまう事態を防止することができる。さらに、ＰＨ_３を流しつつ昇温することで、バッファ層２０を構成するＩｎＰからＰが抜ける事態を防止することができる。
（光閉じ込め層及び活性層の形成工程）

チャンバ内の温度が６５０℃に到達した後、図５に示すように、回折格子２２を覆うように第1の光閉じ込め層（第２の半導体層）３０をオーバーグロース成長させて、回折格子２２を全体的に埋め込む。そして、その光閉じ込め層３０上に活性層４０を形成する。活性層４０は、井戸層とバリア層とを交互に９周期繰り返して積層することで形成される。井戸層は、１％程度の圧縮歪みを有していることが好ましい。その後、活性層４０上に、第２の光閉じ込め層５０、クラッド層６０及びキャップ層７０を順次成長させる。キャップ層７０は、例えば、Ｚｎ等のｐ型不純物がドープされたＩｎＧａＡｓで構成され、その厚さは１００ｎｍ、そのキャリア濃度は２．０×１０^１７ｃｍ^−３等が好適である。

第１の光閉じ込め層３０、活性層４０及び第２の光閉じ込め層５０のＭＯＶＰＥ成長には、例えば、ＴＭＩ(トリメチルインジウム、Ｉｎ（ＣＨ_３）_３)、ＴＭＧ（トリメチルガリウム、Ｇａ（ＣＨ_３）_３）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム、Ａｌ（ＣＨ_３）_３）、ＡｓＨ_３（アルシン）、ＳｉＨ_４（モノシラン）、ＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛）の化合物ガス等が原料として用いられる。
（半導体メサ部形成工程）

次に、上記工程によって得られた積層体を、メサ状にエッチング成形する。具体的には、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、図６に示すように幅１．０μｍ程度及び長さ３００μｍ程度のストライプ状の絶縁層７２をＳｉＮ等で形成し、その後、この絶縁層７２をマスクとして、図７に示すように半導体基板１０が露出するまでエッチングをおこなう。このエッチングには、例えばブロムメタノールを用いたウェットエッチングを採用することができる。上記処理の後、ストライプ状の絶縁層７２が形成されていない部分の半導体層が除去され、所定の軸方向（図６及び図７におけるＺ方向）に延びる半導体メサ部２及びキャップ層７０で構成されたメサ状積層体が形成される。
（埋め込み層形成工程）

続いて、図８に示すように、絶縁層７２を残存させた状態で、埋め込み層８０及び埋め込み層８１を順次成長させて、半導体メサ部２及びキャップ層７０を埋め込む。これらの埋め込み層８０，８１の形成には、例えば、ＭＯＶＰＥ法が用いられる。

埋め込み層８１を形成した後、例えばフッ酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、絶縁層７２を除去する。そして、さらにエッチングを続けて、半導体メサ部２上のキャップ層７０を除去する。このキャップ層７０の除去には、例えばリン酸と過酸化水素水との混合水溶液（Ｈ_３ＰＯ_４：Ｈ_２Ｏ_２（５：１））を用いたウェットエッチングが用いられる。
（クラッド層及びコンタクト層形成工程）

そして、図１に示すように、クラッド層６２及びコンタクト層９０を形成する。この工程では、半導体メサ部２及び埋め込み層８１の上に、クラッド層６２及びコンタクト層９０を順次成長させる。
（絶縁層形成工程）

次に、図１に示すように、コンタクト層９０上に、半導体メサ部２の延在方向に沿って延びるストライプ状の開口部１００aを有する絶縁層１００を形成する。この絶縁層１００の構成材料には、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン等のシリコン系無機絶縁材料を採用することができる。絶縁層１００の開口部１００ａは、公知のフォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて形成することができ、その幅は、半導体メサ部２の上端面の幅よりも広いことが好ましい。このような開口部１００aを有する絶縁層１００を形成することにより、半導体レーザ１Ａを駆動させたときに、半導体メサ部２の活性層４０に注入される電流の流れる領域を効果的に制限することができる。
（電極形成工程）

最後に、絶縁層１００及びコンタクト層９０の上に第１の電極１１０ａを形成すると共に、半導体基板１０の裏面に第２の電極１１０ｂを形成して、図１に示す分布帰還型半導体レーザ１Ａの作製が完了する。第１及び第２の電極１１０ａ，１１０ｂの形成には、例えば蒸着装置を用いることができる。なお、第２の電極１１０ｂの形成に先立ち、半導体基板１０を石英基板に貼り付けた上でその裏面を研磨し、半導体基板１０の厚さを１００μｍ程度にすることが好ましい。

以上で詳細に説明したように、第1実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ１Ａの製造方法においては、ＩｎＰからなるバッファ層２０上に、半導体材料（ＡｌＧａＩｎＡｓ）からなるエッチングマスク３０ｂが形成される。そして、エッチングマスク３０ｂを用いて回折格子２２をエッチング形成した後、このエッチングマスク３０ｂを除去することなく、回折格子２２をエッチング形成したチャンバと同一のチャンバ内において、回折格子２２を覆う第１の光閉じ込め層３０がオーバーグロース形成される。すなわち、回折格子２２を外気に曝すことなく、第１の光閉じ込め層３０が形成される。従って、回折格子２２の表面酸化、表面汚染及び格子形状の劣化が効果的に抑制されて、オーバーグロース形成される第１の光閉じ込め層３０の結晶性を有意に向上させることができる。それにより、作製される分布帰還型半導体レーザ１Ａのレーザ特性の向上が実現される。

また、回折格子２２を、ＨＣｌガスを用いたエッチングで形成することで、バッファ層２０及びエッチングマスク３０ｂの表面が洗浄されると共に表面モフォロジが改善される。そのため、エッチングマスク３０ｂをチャンバ外において形成した際に、バッファ層２０及びエッチングマスク３０ｂの表面が汚染されたり酸化されたりした場合であっても、その表面状態を効果的に改善することができる。その上、表面状態が改善されたバッファ層２０及びエッチングマスク３０ｂの後に成長される光閉じ込め層３０や活性層４０等の結晶性についても改善が図られる。

また、本実施形態における製造方法では、エッチングマスク３０ｂと第1の光閉じ込め層３０とが同一組成のＡｌＧａＩｎＡｓで構成されるため、その界面において結晶欠陥や格子不整合が生じにくくなっており、第１の光閉じ込め層３０において良好な結晶性を実現することができる。このように、回折格子２２を形成する第１の光閉じ込め層３０がＡｌを含む酸化しやすい半導体材料で構成した場合であっても、上述した製造方法を採用することにより、光閉じ込め層３０の酸化が効果的に抑制される。なお、エッチングマスク３０ｂと第1の光閉じ込め層３０とが、必ずしも同一組成の同一材料で構成される必要はなく、屈折率等の光学的な特性を考慮して、その構成材料を適宜変更してもよい。

光閉じ込め層３０と同様に、活性層４０もＡｌＧａＩｎＡｓで構成することで、光閉じ込め層３０と活性層４０との間における格子不整合が緩和され、活性層４０における結晶性の向上が図られる。すなわち、Ａｌを含む活性層４０を有する半導体レーザ１Ａの作製に、上述した製造方法を採用することで、回折格子２２表面の汚染や酸化等を回避しつつ、温度特性に優れた半導体レーザを作製することができる。

従来は、回折格子と活性層との間に酸化防止機能を有する酸化防止層（例えば、ＩｎＧａＡｓＰ層）を介在させていたが、上述した製造方法を採用することで、そのような酸化防止層が不要となるため、回折格子と活性層との離間距離が有意に短縮され、それによりレーザ特性が向上する。

（第２実施形態）
図９は、第２実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ１Ｂを模式的に示した斜視図である。また、図１０は、図９に示した半導体レーザ１Ｂの製造段階における断面図（ＸＹ平面に平行な断面図）である。本実施形態に係る半導体レーザ１Ｂは、回折格子２２がバッファ層２０ではなく第２の光閉じ込め層５０に形成されている点で、第１実施形態に係る半導体レーザ１Ａと異なる。

この半導体レーザ１Ｂの製造方法について説明する。半導体レーザ１Ｂを作製する際は、まず、半導体レーザ１Ａの製造方法と同一又は同等の製造条件により、半導体基板１０上に、バッファ層２０、第１の光閉じ込め層３０、活性層４０及び第２の光閉じ込め層５０を順次積層する。

その後、図９に示すように、第２の光閉じ込め層（第１の半導体層）５０上にエッチングマスク３０ｂを形成する。このエッチングマスク３０ｂは、第１実施形態と同様に、ＭＯＶＰＥ等を用いて成膜したマスク層を、所定のレジストパターンでパターニングすることによって形成される。このマスク層は、例えば、Ｚｎがドープされたｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓ層であり、その厚さは３０ｎｍ、そのキャリア濃度は６．５×１０^１７ｃｍ^−３となっている。エッチングマスク３０ｂは、事後的にクラッド層（第２の半導体層）６０の一部を構成することとなる。

続いて、第２の光閉じ込め層５０に回折格子２２を形成する。ここでも、第１実施形態と同様に、ハロゲン系ガスを用いたエッチングにより、第２の光閉じ込め層５０を選択的にエッチングする方法を採用した。すなわち、ハロゲン系ガスが、エッチングマスク３０ｂに対してはほとんど反応せず、第２の光閉じ込め層５０に対してだけ反応する特性を利用した。

そして、このエッチングマスク３０ｂを除去することなく、エッチングマスク３０ｂを形成したチャンバと同一のチャンバ内において、エッチングマスク３０ｂと同一組成の半導体材料からなり回折格子２２を覆うクラッド層（第２の半導体層）６０をオーバーグロース形成する。その後、クラッド層６０上にキャップ層７０を形成し、第１実施形態と同様の手順により半導体メサ部を形成し、埋め込み層８０，８１、クラッド層６２、コンタクト層９０、絶縁層１００及び電極１１０ａ，１１０ｂを形成して、半導体レーザ１Ｂの作製が完了する。

以上で詳細に説明したように、第２実施形態に係る分布帰還型半導体レーザ１Ｂの製造方法においては、ＡｌＧａＩｎＡｓからなる第２の光閉じ込め層５０上に、半導体材料（ＡｌＧａＩｎＡｓ）からなるエッチングマスク３０ｂが形成される。そして、エッチングマスク３０ｂを用いて回折格子２２をエッチング形成した後、このエッチングマスク３０ｂを除去することなく、エッチングマスク３０ｂを形成したチャンバと同一のチャンバ内において、回折格子２２を覆うクラッド層６０がオーバーグロース形成される。すなわち、回折格子２２を外気に曝すことなく、クラッド層６０が形成される。従って、回折格子２２の表面酸化、表面汚染及び格子形状の劣化が効果的に抑制されて、オーバーグロース形成されるクラッド層６０の結晶性を有意に向上させることができる。それにより、作製される分布帰還型半導体レーザ１Ｂのレーザ特性の向上が実現される。

また、回折格子２２を、ＨＣｌを用いたエッチングで形成することで、第２の光閉じ込め層５０及びエッチングマスク３０ｂの表面が洗浄されると共に表面モフォロジが改善される。そのため、エッチングマスク３０ｂをチャンバ外において形成した際に、第２の光閉じ込め層５０及びエッチングマスク３０ｂの表面が汚染されたり酸化されたりした場合であっても、その表面状態を効果的に改善することができる。その上、表面状態が改善された第２の光閉じ込め層５０及びエッチングマスク３０ｂの後に成長されるクラッド層６０等の結晶性についても改善が図られる。

また、本実施形態における製造方法では、エッチングマスク３０ｂとクラッド層６０とが同一組成のＡｌＧａＩｎＡｓで構成されるため、その界面において結晶欠陥や格子不整合が生じにくくなっており、クラッド層６０において良好な結晶性を実現することができる。

上述した半導体レーザ１Ａ，１Ｂは以下のように動作する。例えば、第１の電極１１０ａが高電位となるように、第１の電極１１０ａと第２の電極１１０ｂとの間に電圧を印加すると、絶縁層１００の開口部１００ａを介して電極１１０ａからキャリア（正孔）が活性層４０に注入される。また、注入されたキャリアは、埋め込み層８０の電流狭窄作用によってそのほとんどが半導体メサ部２の活性層４０に注入され、キャリアが半導体メサ部２の活性層４０に効果的に閉じ込められる。そして、活性層４０に閉じ込められたキャリアは、活性層４０において再結合し、活性層４０から光が出射される。この時、出射される光の波長は、上述した回折格子の周期（例えば、２０２ｎｍ）に対応する。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、そのような実施形態は本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、上記実施形態では、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する活性層を例に説明したが、必要に応じて、バルク構造又は単一量子井戸構造（ＳＱＷ）を有する活性層に変更することができる。

また、上記実施形態では、半導体基板１０の導電型をｎ型からｐ型に変更してもよい。その場合には、例えばバッファ層２０や第1の光閉じ込め層３０の導電型をｐ型に変更するといった各層の導電型の変更を要する。さらに、各層にドープする不純物は、ＳｉやＺｎに限らず、適宜変更することができる。

第１実施形態に係る分布帰還型半導体レーザを模式的に示した斜視図である。 図１に示した半導体レーザの製造工程のうちの一工程を示した図である。 図１に示した半導体レーザの製造工程のうちの一工程を示した図である。 図１に示した半導体レーザの製造工程のうちの一工程を示した図である。 図１に示した半導体レーザの製造工程のうちの一工程を示した図である。 図１に示した半導体レーザの製造工程のうちの一工程を示した図である。 図１に示した半導体レーザの製造工程のうちの一工程を示した図である。 図１に示した半導体レーザの製造工程のうちの一工程を示した図である。 第２実施形態に係る分布帰還型半導体レーザを模式的に示した斜視図である。 図９に示した半導体レーザの製造工程のうちの一工程を示した図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ…分布帰還型半導体レーザ、１０…半導体基板、２…半導体メサ部、２０…バッファ層、２２…回折格子、３０…第１の光閉じ込め層、３０ｂ…エッチングマスク、４０…活性層、５０…第２の光閉じ込め層、６０，６２…クラッド層。

Claims (4)

1. 活性層に対して平行に延びる回折格子を有する分布帰還型半導体レーザの製造方法であって、
   前記回折格子が形成されるべき第１の半導体層上に、半導体材料からなるエッチングマスクを形成する工程と、
   前記エッチングマスクを用いて前記第１の半導体層を選択的にエッチングし、前記第１の半導体層に前記回折格子を形成する工程と、
   前記回折格子が形成された前記第１の半導体層上に、前記回折格子を覆う第２の半導体層をオーバーグロース形成する工程と
   を含み、
   前記第１の半導体層に前記回折格子を形成する工程と、前記第２の半導体層をオーバーグロース形成する工程とは、同一の気相成長装置内にて連続しておこない、
   前記オーバーグロース形成する工程では、前記エッチングマスクを形成する工程において形成された前記エッチングマスクを除去することなく、前記第２の半導体層をオーバーグロース形成し、
   前記エッチングマスクの構成材料と前記第２の半導体層の構成材料とが同じであり、いずれもＡｌを含む半導体材料である、
   分布帰還型半導体レーザの製造方法。
2. 前記第１の半導体層に前記回折格子を形成する工程の際、ＨＣｌ／Ｈ _２ 混合ガス及びＰＨ _３ ガスを用いたエッチングにより前記回折格子を形成する請求項１に記載の分布帰還型半導体レーザの製造方法。
3. 前記第２の半導体層上に前記活性層を形成する工程をさらに含む、請求項１又は２に記載の分布帰還型半導体レーザの製造方法。
4. 前記活性層が、Ａｌを含む半導体材料で構成されている、請求項３に記載の分布帰還型半導体レーザの製造方法。

Images