JP5418887B2 - 半導体レーザ素子の製造方法及び半導体レーザ素子 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体レーザ素子の製造方法及び半導体レーザ素子に関する。
下記特許文献１には、リッジ導波路型の半導体レーザ素子が開示されている。リッジ導波路のようなストライプ状構造部を有する半導体レーザ素子では、製造工程中等において、ストライプ状構造部が損傷するおそれがある。そこで、下記特許文献１に記載のリッジ導波路型の半導体レーザ素子においては、リッジ導波路よりも高さの高い一対の隆起部を、リッジ導波路の両側面にリッジ導波路と離間して設けることにより、リッジ導波路が損傷する可能性を低減させている。
特開２００３−２９８１９０号公報
上述の特許文献１に記載のリッジ導波路型の半導体レーザ素子には、以下のような問題点が存在する。
まず、そのような半導体レーザ素子を製造するためには、隆起部を形成するためのフォトリソグラフィによるレジストパターニングとエッチングが必要となる。そのため、半導体レーザ素子の製造工程数が増えてしまう。また、リッジ導波路よりも高さの高い保護層を形成してからリッジ導波路形成のためのリッジストライプパターンを形成する場合、保護層の存在に起因した段差のある面に対してフォトリソグラフィを行う必要があるため、マスクのコンタクトが不安定になり、リッジストライプパターンの形状に誤差が生じるおそれがある。
このような問題点を克服するために、半導体レーザ素子の製造時に、ストライプ状構造部を埋め込むように樹脂層を全面に平坦に形成し、ストライプ状構造部の両側面の空間を樹脂層で埋める方法を採用することが考えられる。この場合、樹脂層によって、ストライプ状構造部の損傷を防止することが可能となる。
このようなストライプ状構造部を樹脂層で埋め込む方法を採用する場合、半導体積層と電極パッドとを電気的に接続するために、樹脂層形成後に、樹脂層にストライプ状構造部に至る開口を形成する工程と、この開口を介して半導体積層と接するようにストライプ状構造部から樹脂層の表面に亘って配線層を形成する工程が必要となる。しかしながら、配線層を形成する工程において、樹脂層の開口部における段差部分に均一に配線層を形成することが難しいために、配線の接続不良（いわゆる段切れ）を生じてしまうおそれがある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、樹脂層に埋め込まれたストライプ状構造部を有する半導体レーザ素子の製造方法であって、配線の段切れを低減することが可能な半導体レーザ素子の製造方法、及び、樹脂層に埋め込まれたストライプ状構造部を有し、配線の段切れを低減することが可能な半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するため、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、半導体基板の主面上に、活性層を含む半導体レーザのための構造を有する半導体積層を形成する積層工程と、半導体積層の一部を除去することにより、半導体基板の主面と平行な第１方向に沿ってそれぞれ延びる一対の溝部を形成し、第１方向に沿って延びるストライプ状構造部を半導体積層に形成するストライプ状構造部形成工程と、少なくともストライプ状構造部の表面に絶縁材料からなる保護層を形成する保護層形成工程と、保護層形成工程の後に、ストライプ状構造部を埋め込むように半導体積層上にベンゾシクロブテンからなる樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、ストライプ状構造部上の領域に開口を有し、かつ、シリコンを含有しない材料又は樹脂層よりもシリコン含有量の少ない材料からなるレジスト層を樹脂層上に形成するレジスト層形成工程と、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチング法により、レジスト層をマスクとして、樹脂層を保護層が露出しない深さだけエッチングする中間エッチング工程と、中間エッチング工程の後に、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチング法により、レジスト層の一部をエッチングして上記開口を主面と平行かつストライプ状構造部の延び方向と直交する方向に拡大する開口拡大工程と、開口拡大工程の後に、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチング法により、レジスト層をマスクとして、樹脂層をエッチングしてストライプ状構造部上の保護層を露出させる保護層露出工程と、保護層露出工程の後に、ストライプ状構造部上の保護層をエッチングすることにより、ストライプ状構造部の表面の少なくとも一部を露出させるストライプ状構造部露出工程と、ストライプ状構造部露出工程の後に、露出したストライプ状構造部の上記表面の少なくとも一部から樹脂層の表面上まで亘る配線層を形成する配線層形成工程とを備えることを特徴とする。
本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法によれば、樹脂層形成工程において、ストライプ状構造部を埋め込むように半導体積層上に樹脂層を形成しているため、樹脂層に埋め込まれたストライプ状構造部を有する半導体レーザ素子が得られる。
また、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法においては、エッチング対象の異なる複数の工程、即ち、樹脂層をエッチングする中間エッチング工程、レジスト層をエッチングする開口拡大工程、及び、再び樹脂層をエッチングする保護層露出工程を経ることにより、樹脂層の表面から保護層に至る開口を樹脂層に形成している。これらの各工程においては、樹脂層とレジスト層では構成する材料のシリコン含有率が異なるため、反応性イオンエッチングを行う際のエッチングガスのＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合比を適切に変えることにより、エッチング対象を制御することができる。
中間エッチング工程においては、開口の形成されたレジスト層をマスクとして、最終的に樹脂層に形成される開口の一部となる凹部を樹脂層に形成している。その後、開口拡大工程においてレジスト層の開口を広げてから、保護層露出工程において、さらに樹脂層をエッチングして樹脂層の表面から保護層に至る開口を樹脂層に形成している。そのため、仮に中間エッチング工程においてレジスト層をマスクとして樹脂層をその表面から保護層まで一度にエッチングして開口を形成した場合と比較して、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法において形成される樹脂層の開口の側面の垂直性は低くなる。これにより、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法によれば、配線層形成工程において、樹脂層の開口の側面にも配線層を形成し易くなるため、配線層の段切れを低減することが可能となる。
さらに、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法において、樹脂層は、非感光性のベンゾシクロブテンからなることが好ましい。樹脂層が感光性を有する場合、樹脂層を現像する際に、形成したパターンが収縮し、マスク形状からのずれが生じる場合がある。それに対して、樹脂層が感光性を有しない場合、レジスト層をマスクとして用いて樹脂層をエッチングして樹脂層に開口を形成するため、樹脂層に形成する開口の形状をより精密に制御することが可能となる。
さらに、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法において、保護層は、シリコン酸化物からなり、保護層露出工程とストライプ状構造部露出工程との間に、レジスト層を除去するレジスト層除去工程をさらに備え、ストライプ状構造部露出工程における保護層のエッチングは、ＣＦ４ガスをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチング法により行われることが好ましい。
これにより、ストライプ状構造部露出工程において、保護層だけでなく、樹脂層もエッチングされる。その結果、樹脂層の開口の側面の垂直性はさらに低くなるため、配線層の段切れをより低減することが可能となる。
さらに、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法において、中間エッチング工程におけるＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合比は、分圧比で４：５〜１：１の範囲内であり、開口拡大工程におけるＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合比は、分圧比で１：３〜１：５の範囲内であり、保護層露出工程におけるＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合比は、分圧比で４：５〜１：１の範囲内であることが好ましい。
これにより、中間エッチング工程において、早いエッチングレートでベンゾシクロブテン樹脂からなる樹脂層を加工することが可能である。また、開口拡大工程において、Ｏ２ガスによってレジスト層を十分にエッチングすることが可能であると共に、樹脂層を構成する材料とＯ２ガスとが反応して生成されたシリコン酸化物をＣＦ４ガスによって十分に除去することが可能となる。さらに、保護層露出工程において、早いエッチングレートでベンゾシクロブテン樹脂からなる樹脂層を加工することが可能であると共に、露出されるシリコン酸化物等からなる保護層との高いエッチング選択比が得られる。
また、本発明に係る半導体レーザ素子は、半導体基板と、半導体基板の主面上に設けられ、活性層を含む半導体レーザのための構造を有する半導体積層と、半導体積層上に設けられたベンゾシクロブテンからなる樹脂層と、樹脂層上に設けられた配線層とを備え、半導体積層のうち活性層を含まない上部領域は、半導体基板の主面と平行な方向に沿って延びるストライプ状構造部を構成し、樹脂層は、ストライプ状構造部を埋め込むように半導体積層上に設けられていると共に、ストライプ状構造部上の領域にストライプ状構造部と接する開口を有し、配線層は、上記開口を介してストライプ状構造部と接するように、ストライプ状構造部の表面の少なくとも一部から樹脂層の表面上まで亘り、開口は、ストライプ状構造部の表面から上方に向けて、主面と平行かつストライプ状構造部の延び方向と直交する方向の幅が増加していることを特徴とする。
本発明に係る半導体レーザ素子は、樹脂層に埋め込まれたストライプ状構造部を有する。また、本発明に係る半導体レーザ素子において、樹脂層が有する開口の側面の垂直性は低い。そのため、この開口を介してストライプ状構造部と接するように、ストライプ状構造部の表面の少なくとも一部から樹脂層の表面上まで配線層を形成すれば、樹脂層の開口の側面にも容易に配線層を形成することができる。その結果、本発明に係る半導体レーザ素子によれば、配線層の段切れを低減することが可能となる。
また、本発明に係る他の態様の半導体レーザ素子は、半導体基板と、半導体基板の主面上に設けられ、活性層を含む半導体レーザのための構造を有する半導体積層と、半導体積層上に設けられたベンゾシクロブテンからなる樹脂層と、樹脂層上に設けられた配線層とを備え、半導体積層のうち活性層を含む上部領域は、半導体基板の主面と平行な方向に沿って延びるストライプ状構造部を構成し、樹脂層は、ストライプ状構造部を埋め込むように半導体積層上に設けられていると共に、ストライプ状構造部上の領域にストライプ状構造部と接する開口を有し、配線層は、上記開口を介してストライプ状構造部と接するように、ストライプ状構造部の表面の少なくとも一部から前記樹脂層の表面上まで亘り、開口は、ストライプ状構造部の表面から上方に向けて、主面と平行かつストライプ状構造部の延び方向と直交する方向の幅が増加していることを特徴とする。
本発明に係る他の態様の半導体レーザ素子は、樹脂層に埋め込まれたストライプ状構造部を有する。また、本発明に係る他の態様の半導体レーザ素子において、樹脂層が有する開口の側面の垂直性は低い。そのため、この開口を介してストライプ状構造部と接するように、ストライプ状構造部の表面の少なくとも一部から樹脂層の表面上まで配線層を形成すれば、樹脂層の開口の側面にも容易に配線層を形成することができる。その結果、本発明に係る他の態様の半導体レーザ素子によれば、配線層の段切れを低減することが可能となる。
本発明によれば、樹脂層に埋め込まれたストライプ状構造部を有する半導体レーザ素子の製造方法であって、配線の段切れを低減することが可能な半導体レーザ素子の製造方法、及び、樹脂層に埋め込まれたストライプ状構造部を有し、配線の段切れを低減することが可能な半導体レーザ素子が提供される。
第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的な斜視断面図である。 図２は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 図３は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 図４は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 図５は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 図６は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 図７は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 図８は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 図９は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 図１０は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 図１１は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 図１２は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 図１３は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法及び本実施形態に係る半導体レーザ素子を説明するための模式的な斜視図である。 図１４は、第２実施形態のストライプ状構造部形成工程を説明するための模式的な断面図である。 図１５は、第２実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法及び本実施形態に係る半導体レーザ素子を説明するための模式的な斜視図である。
以下、実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法、及び、半導体レーザ素子について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法、及び、半導体レーザ素子として、リッジ導波路型半導体レーザ素子の製造方法、及び、リッジ導波路型半導体レーザ素子について説明する。図１は、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的な斜視断面図であり、図２〜図１１は、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的な断面図である。図１２は、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法及び本実施形態に係る半導体レーザ素子を説明するための模式的な斜視図である。
（積層工程）
本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法においては、まず図１に示すように、例えば有機金属気相成長法によって、半導体基板１の主面１ｍ上に、第１クラッド層３、第１光閉じ込め層５、活性層７、第２光閉じ込め層９、回折格子層１１、第２クラッド層１３、及び、コンタクト層１５をこの順に形成する。なお、図１においては、直交座標系２が示されており、半導体基板１の主面１ｍと平行な方向にＸ軸とY軸を設定し、半導体基板１の厚さ方向にＺ軸を設定している。図２以降の各図においても、直交座標系２を示している。
半導体基板１は、第１導電型（例えばｎ型）の半導体基板であり、ＩｎＰ等のIII-V族化合物半導体からなる。第１クラッド層３からコンタクト層１５までの半導体積層１７は、半導体レーザのための構造を有する。具体的には、第１クラッド層３は、第１導電型の例えばＩｎＰ等のIII-V族化合物半導体からなる。第１光閉じ込め層５は、第１導電型の例えばＧａＩｎＡｓＰ等のIII−V族化合物半導体からなる。活性層７は、例えば、ＭＱＷ（多重量子井戸）構造やＳＱＷ（単一量子井戸）構造を有する。活性層７は、例えば、ノンドープのＧａＩｎＡｓＰ等のIII-V族化合物半導体からなり、例えば、６ｎｍの井戸層と９ｎｍのバリア層を有する。第２光閉じ込め層９は、ノンドープの例えばＧａＩｎＡｓＰ等のIII−V族化合物半導体からなる。
回折格子層１１は、第２導電型（第１導電型がｎ型の場合、ｐ型）の例えばＧａＩｎＡｓＰ等のIII−V族化合物半導体からなる。回折格子層１１には、電子ビーム露光及びドライエッチング等により、回折格子１１ｇが形成されている。回折格子１１ｇは、Ｘ軸に沿った方向に周期的に並んだラインアンドスペースパターンからなり、ライン部及びスペース部は、それぞれＹ軸に沿った方向に延びている。第２クラッド層１３は、第２導電型の例えばＩｎＰ等のIII−V族化合物半導体からなる。第２クラッド層１３は、回折格子層１１を埋め込むように回折格子層１１上に形成されている。コンタクト層１５は、第２導電型の例えばＧａＩｎＡｓ等のIII−V族化合物半導体からなる。なお、半導体基板１として第１導電型のＧａＡｓ基板を用いた上で、活性層７をＧａＩｎＮＡｓ及びＩｎＡｓ量子ドット構造としてもよい。また、第１光閉じ込め層５及び第２光閉じ込め層９を形成しなくてもよい。また、分布帰還型半導体レーザではなく、ファブリペロー型半導体レーザ素子を製造する場合には、回折格子層１１は省略される。
（ストライプ状構造部形成工程）
次に、図２に示すように、コンタクト層１５上に、ＳｉＮ等からなる絶縁層１９と、所定の形状にパターニングされたレジスト層２１を順に形成する。絶縁層１９は、例えば化学気相成長法によって形成することができる。レジスト層２１は、例えばスピン塗布法によって絶縁層１９上の全面にレジスト層を形成した後に、フォトリソグラフィにより所定にパターニングすることにより、形成される。レジスト層２１の形状は、後に形成されるリッジ導波路１７Ｒ（図３参照）の形状に対応しており、Ｙ軸方向の幅が一定でＸ軸方向に延びる複数のストライプ状である。
続いて、図３に示すように、例えばＣＦ４ガスをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチング法により、レジスト層２１をマスクとして用いて、絶縁層１９をエッチングし、レジスト層２１のパターンを絶縁層１９に転写する。その後、Ｏ２ガスを用いたアッシング処理や有機溶剤による溶解処理等によってレジスト層２１を除去する。これにより、絶縁層１９は、後に形成されるリッジ導波路１７Ｒ（図３参照）の形状に対応したパターンにパターニングされ、具体的には、Ｙ軸方向の幅が一定でＸ軸方向に延びる複数のストライプ状にパターニングされる。
続いて、図４に示すように、パターニングされた絶縁層１９をマスクとして用いて、例えば反応性イオンエッチング法等のドライエッチング法によって、コンタクト層１５、及び、第２クラッド層１３の一部をエッチングする。半導体積層１７がＩｎＰ系の化合物半導体からなる場合、反応性イオンエッチング法のエッチングガスとして、ＣＨ４ガスとＨ２ガスの混合ガスを用いることができ、半導体積層１７がＧａＡｓ系の化合物半導体からなる場合、反応性イオンエッチング法のエッチングガスとして、Ｃｌ２ガスを用いることができる。
このようにして、半導体積層１７に、ストライプ状構造部としてのリッジ導波路１７Ｒと、一対の溝部１７Ｓと、隆起部１７Ｐを形成する。リッジ導波路１７Ｒは、半導体積層１７のコンタクト層１５と第２クラッド層１３の一部に形成されている。リッジ導波路１７Ｒは、Ｚ軸方向に隆起する隆起構造部であり、主面１ｍと平行なＸ軸方向（第１方向）に沿って延び、Ｙ軸方向の幅は一定である。一対の溝部１７Ｓは、リッジ導波路１７ＲをＹ軸方向から挟んでおり、それぞれ主面１ｍと平行なＸ軸方向に沿って延び、Ｙ軸方向の幅は一定である。リッジ導波路１７ＲのＹ軸方向の幅Ｗ１７Ｒは、例えば１．０μｍ〜２．０μｍとすることができ、リッジ導波路１７ＲのＺ軸方向の高さＴ１７Ｒは、例えば２．５μｍ〜１．８μｍとすることができる。一対の溝部１７ＳのＹ軸方向の幅Ｗ１７Ｓは、例えば１０μｍ〜１５μｍとすることができる。一対の溝部１７ＳのＺ軸方向の高さは、本実施形態では、リッジ導波路１７ＲのＺ軸方向の高さＴ１７Ｒと同一である。なお、リッジ導波路１７Ｒを形成後、ドライエッチングを行ったことで生じた半導体積層１７の損傷層を除去するためのウェットエッチングを行ってもよい。
（保護層形成工程）
続いて、図５に示すように、絶縁層１９を除去した後に、露出する全面、即ち、リッジ導波路１７Ｒの表面と側面、一対の溝部１７Ｓの底面、及び、隆起部１７Ｐの表面と側面に、ＳｉＯ２等の絶縁材料からなる保護層２５を形成する。絶縁層１９の除去は、例えばバッファードフッ酸を用いたエッチングにより行うことができる。保護層２５の形成は、例えば化学気相成長法により行うことができる。保護層２５の厚さは、例えば２００ｎｍ〜４００ｎｍとすることができる。
（樹脂層形成工程及びレジスト層形成工程）
次に、図６に示すように、例えばスピン塗布法によって、保護層２５上の全面にベンゾシクロブテン（以下、「ＢＣＢ」という。）からなる樹脂層２７を、その表面が略平坦化するように形成する。ＢＣＢは、シリコンを含有する樹脂である。樹脂層２７の形成は、リッジ導波路１７Ｒを埋め込むように行い、これにより、一対の溝部１７Ｓと隆起部１７Ｐも樹脂層２７によって埋め込まれる。リッジ導波路１７Ｒ及び隆起部１７Ｐ上の保護層２５上における樹脂層２７の厚さＴ２７は、後述の保護層露出工程後において十分な厚さの樹脂層２７が残存するように決定され、例えば１．２μｍ〜１．５μｍとすることができる。
続いて、図６に示すように、樹脂層２７上にレジスト層２９を形成する。レジスト層２９は、リッジ導波路１７Ｒ上の領域に開口２９Ｐが形成されている。開口２９Ｐは、リッジ導波路１７Ｒの上方に位置している。開口２９Ｐは、リッジ導波路１７Ｒの形状に対応しており、Ｘ軸方向に沿って延び、Ｙ軸方向の幅は一定である。開口２９ＰのＹ軸方向の幅Ｗ２９Ｐは、例えば、５．０μｍ〜１０．０μｍとすることができる。このようなレジスト層２９の形成は、樹脂層２７上の全面にレジストを塗布後、フォトリソグラフィによって所定の形状にレジスト層をパターニングすることにより行うことができる。また、レジスト層２９は、シリコンを含有しない材料、又は、ＢＣＢよりもシリコン含有量が重量％で小さい材料からなる。
（中間エッチング工程）
次に、図７に示すように、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチング法により、レジスト層２９をマスクとして、樹脂層２７を保護層２５が露出しない深さだけエッチングする。樹脂層２７とレジスト層２９は、シリコン含有量が互いに異なる材料で構成されている。ＣＦ４ガスによる反応性イオンエッチングにおいては、シリコンを多く含む樹脂層２７に対するエッチングレートが高く、シリコンを含まない又はシリコンの含有量が少ないレジスト層２９に対するエッチングレートは低い。さらに、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスによる樹脂層２７のエッチングでは、Ｏ２ガスが存在するために酸化シリコンが形成され、それをＣＦ４ガスによりエッチングすることで、エッチングレートが上昇する。一方、Ｏ２ガスによる反応性イオンエッチングにおいては、シリコンを含まない又はシリコンの含有量が少ないレジスト層２９に対するエッチングレートが高くなる。
そのため、本工程においてエッチングガスとして用いる混合ガスのＣＦ４ガスとＯ２ガスの比を適切に選択することにより、レジスト層２９をエッチングしないように、又は、レジスト層２９のエッチングレートが樹脂層２７のエッチングレートよりも十分に小さくなるようにしながら、樹脂層２７を所定の深さエッチングすることができる。即ち、エッチングガスとして用いる混合ガスのＣＦ４ガスとＯ２ガスの比を適切に選択することにより、反応性イオンエッチング法によるエッチング対象を制御することができる。
本工程におけるＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合比は、分圧比で４：５〜１：１の範囲内であることが好ましい。何故なら、これらの混合比が４：５であるか、この比よりもＣＦ４ガスの割合が高ければ、早いエッチングレートでＢＣＢからなる樹脂層２７を加工することが可能であるからであり、これらの混合比が１：１であるか、この比よりもＯ２ガスの割合を高くすることで、レジスト層２９のエッチングレートが十分に高くなるからである。
これにより、樹脂層２７には、凹部２７Ａが形成される。凹部２７Ａは、Ｘ軸方向に沿って延び、ＹＺ平面における断面が一定である。凹部２７Ａの側面２７ＡＳは、その上部においては略垂直になるが、その下部においては、反応性イオンエッチング法によって樹脂層２７をエッチングする際のシャドウ効果により、なだらかな傾斜面となり、垂直性が低くなる。
（開口拡大工程）
次に、図８に示すように、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチング法により、レジスト層２９の一部をエッチングして開口２９Ｐを主面１ｍと平行、かつ、リッジ導波路１７Ｒの延び方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（即ち、Ｙ軸方向）に拡大する。この工程においては、エッチングガスとして用いる混合ガスのＣＦ４ガスとＯ２ガスの比を適切に選択することにより、樹脂層２７をエッチングしないように、又は、樹脂層２７のエッチングレートがレジスト層２９のエッチングレートよりも十分に小さくなるようにしながら、レジスト層２９をエッチングする。
本工程におけるＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合比は、分圧比で１：３〜１：５の範囲内であることが好ましい。これらの混合比が１：５であるか、この比よりもＣＦ４ガスの割合が高ければ、樹脂層２７を構成する材料とＯ２ガスとが反応して生成されたシリコン酸化物をＣＦ４ガスによって十分に除去することが可能となる。また、これらの混合比が１：３であるか、この比よりもＯ２ガスの割合が高ければ、Ｏ２ガスによってレジスト層２９を十分にエッチングすることが可能となる。
（保護層露出工程）
次に、図９に示すように、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチング法により、レジスト層２９をマスクとして、樹脂層２７をエッチングしてリッジ導波路１７Ｒ上の保護層２５を露出させる。この際、露出されるシリコン酸化物等からなる保護層２５との高いエッチング選択比により、保護層２５はほとんどエッチングされない。
これにより、樹脂層２７には、樹脂層２７の表面２７Ｓから保護層２５に至る開口２７Ｂが形成される。開口２７Ｂは、Ｘ軸方向に沿って延び、ＹＺ平面における断面が一定である。上述のように、中間エッチング工程において開口２７Ｂの一部となる凹部２７Ａを形成し（図７参照）、その後、開口拡大工程においてレジスト層２９の開口を広げ（図８参照）、さらに本工程において樹脂層２７をエッチングすることにより、開口２７Ｂを形成している。そのため、開口２７Ｂの側面２７ＢＳは、凹部２７Ａの側面２７ＡＳ（図７参照）よりもさらになだらかになり、垂直性がさらに低くなる。
そのため、仮に中間エッチング工程においてレジスト層２９をマスクとして樹脂層２７を、その表面２７Ｓから保護層２５と接する位置まで一度にエッチングして開口を形成した場合と比較して（図７参照）、本実施形態の半導体レーザ素子の製造方法において形成される開口２７Ｂの側面２７ＢＳの垂直性は低くなる。
（レジスト層除去工程及びストライプ状構造部露出工程）
続いて、図１０に示すように、Ｏ２ガスを用いたアッシング処理や有機溶剤による溶解処理等によってレジスト層２９を除去して樹脂層２７の表面２７Ｓを露出させた後に、ＣＦ４ガスをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチング法により、リッジ導波路１７Ｒ上の保護層２５を除去する。これにより、リッジ導波路１７Ｒの表面１７ＲＳを露出させる。
ここで、保護層２５をＳｉＯ２等のシリコン酸化物で構成し、保護層露出工程と前記ストライプ状構造部露出工程との間にレジスト層除去工程を行うことが好ましい。何故なら、半導体積層１７上の保護層２５をエッチングする際に、保護層２５と同様にシリコンを含有する樹脂層２７も同時にエッチングされるため、開口２７Ｂの側面２７ＢＳが、さらになだらかになり、垂直性がさらに低くなる。その結果、後述のように配線層３１の段切れをより低減することが可能となるためである（図１１参照）。
（配線層形成工程）
次に、図１１に示すように、例えば真空蒸着法によって、露出したリッジ導波路１７Ｒの表面１７ＲＳから樹脂層２７の表面２７Ｓ上まで亘る配線層３１を形成する。配線層３１は、金属等の導電材料で構成されている。配線層３１とリッジ導波路１７Ｒのコンタクト層１５とは、オーミック接続させる。また、本工程後において、隆起部１７Ｐ上の保護層２５上における樹脂層２７の厚さは、樹脂層２７によってリッジ導波路１７Ｒの保護を十分に行う観点から、１μｍ以上であることが好ましい。また、樹脂層２７の存在により、隆起部１７Ｐ上のコンタクト層１５と配線層３１とを十分に離間させることが可能であるため、半導体レーザ素子の寄生容量が減少し、高速直接変調動作に有利な半導体レーザ素子が得られる。特に、本実施形態では樹脂層２７として、低誘電率、かつ、通信波長帯（１．３〜１．５μｍ）に対しての光吸収の低いＢＣＢを用いているため、寄生容量が減少し、高速直接変調動作が可能な通信用半導体レーザ素子が得られる。
その後、図１２に示すように、配線層３１と電気的に接続された上部電極３５を真空蒸着法等によって樹脂層２７上に形成する工程、及び、半導体基板１の裏面を研磨して半導体基板１を薄層化した後に、半導体基板１の裏面に半導体基板１とオーミック接触する下部電極３３を真空蒸着法等によって形成する工程等を経て、本実施形態に係る半導体レーザ素子であるリッジ導波路型半導体レーザ素子１００が完成する。リッジ導波路型半導体レーザ素子１００においては、樹脂層２７は開口２７Ｂを有している。開口２７Ｂは、リッジ導波路１７Ｒの表面１７ＲＳからＺ軸の正方向に向けて、Ｙ軸方向の幅が増加している。
上述のような本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法によれば、樹脂層形成工程において、リッジ導波路１７Ｒを埋め込むように半導体積層１７上に樹脂層２７を形成しているため（図６参照）、樹脂層２７に埋め込まれたリッジ導波路１７Ｒを有するリッジ導波路型半導体レーザ素子１００が得られる。
また、上述のように、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法において形成される樹脂層２７の開口２７Ｂの側面２７ＢＳの垂直性は低くなる（図１０参照）。そのため、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法によれば、配線層形成工程において、樹脂層２７の開口２７Ｂの側面２７ＢＳにも配線層３１を形成し易くなるため（図１１参照）、配線層３１の段切れを低減することが可能となる。
また、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法において、樹脂層２７は、非感光性のベンゾシクロブテンからなることが好ましい。樹脂層２７が感光性を有する場合、樹脂層２７を現像する際に、形成したパターンが収縮し、マスク形状からのずれが生じる場合がある。それに対して、樹脂層２７が感光性を有しない場合、レジスト層２９をマスクとして用いて樹脂層２７をエッチングして樹脂層２７に開口２７Ｂを形成するため（図６〜図８参照）、樹脂層２７に形成する開口２７Ｂの形状をより精密に制御することが可能となる。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法、及び、半導体レーザ素子として、埋め込みヘテロ型半導体レーザ素子の製造方法、及び、埋め込みヘテロ型半導体レーザ素子について説明する。
本実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、積層工程、及び、ストライプ状構造部形成工程において、第１実施形態の半導体レーザ素子の製造方法と異なる。図１３は、本実施形態の積層工程を説明するための模式的な斜視断面図であり、図１４は、本実施形態のストライプ状構造部形成工程を説明するための模式的な断面図であり、図１５は、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法及び本実施形態に係る半導体レーザ素子を説明するための模式的な斜視図である。
（積層工程）
図１３に示すように、本実施形態の積層工程においては、例えば有機金属気相成長法によって、半導体基板１ａの主面１ａｍ上に、第１クラッド層３ａ、第１光閉じ込め層５ａ、活性層７ａ、第２光閉じ込め層９ａ、回折格子層１１ａ、及び、第２クラッド層１３ａをこの順に形成する。これらの層は、それぞれ第１実施形態における半導体基板１、第１クラッド層３、第１光閉じ込め層５、活性層７、第２光閉じ込め層９、回折格子層１１、及び、第２クラッド層１３に対応し、同様の材料で構成されている。
その後、第２クラッド層１３ａ、回折格子層１１ａ、第２光閉じ込め層９ａ、活性層７ａ、第１光閉じ込め層５ａ、及び、半導体基板１の一部をウェットエッチングすることによりＸ軸方向に延びる逆メサ構造の半導体メサ１４を形成する。さらに、ウェットエッチングした領域に、第１メサ埋め込み層４１、第２メサ埋め込み層４３、及び第３メサ埋め込み層４５を形成する。第１メサ埋め込み層４１は、第２導電型の例えばＩｎＰ等のIII-V族化合物半導体からなる。第２メサ埋め込み層４３は、第１導電型の例えばＩｎＰ等のIII-V族化合物半導体からなる。第３メサ埋め込み層４５は、第２導電型の例えばＩｎＰ等のIII-V族化合物半導体からなる。第１メサ埋め込み層４１、第２メサ埋め込み層４３、及び、第３メサ埋め込み層４５で、電流狭窄層４６となり、電流狭窄層４６は半導体メサ１４を埋め込んでいる。その後、半導体メサ１４及び電流狭窄層４６上に、コンタクト層１５ａを形成する。コンタクト層１５ａは、第１実施形態のコンタクト層１５と同様の材料からなる。半導体メサ１４と電流狭窄層４６とコンタクト層１５ａとで、半導体積層５３となる。半導体積層５３は、第１実施形態の半導体積層１７に対応する。
（ストライプ状構造部形成工程）
図１４に示すように、本実施形態のストライプ状構造部形成工程においては、コンタクト層１５ａ、第３メサ埋め込み層４５、第２メサ埋め込み層４３、第１メサ埋め込み層４１、及び半導体基板１ａの一部をエッチングすることにより、一対の溝部としての一対のトレンチ溝５１を形成する。一対のトレンチ溝５１は、第１実施形態の一対の溝部１７Ｓ（図４参照）に対応し、Ｘ軸方向に沿って延び、Ｙ軸方向の幅は一定である。トレンチ溝５１は、半導体メサ１４とＹ軸方向に離間するように半導体メサ１４を挟むように形成されている。一対のトレンチ溝５１により、ストライプ状構造部５３Ｒが形成される。ストライプ状構造部５３Ｒは、第１実施形態のリッジ導波路１７Ｒに対応し、Ｘ軸方向に沿って延び、Ｙ軸方向の幅は一定である。一対のトレンチ溝５１間の距離、即ち、ストライプ状構造部５３ＲのＹ軸方向の幅Ｗ５３Ｒは、半導体レーザ素子の低容量化の観点から、３μｍ以上、４μｍ以下であることが好ましい。
他の工程については、第１実施形態の場合と同様に行うことができる。これにより、図１４に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ素子である埋め込みヘテロ型半導体レーザ素子１００ａが完成する。埋め込みヘテロ型半導体レーザ素子１００ａにおいて、樹脂層２７ａは、第１実施形態における樹脂層２７に対応する。樹脂層２７ａには、樹脂層２７ａの表面２７ａＳからストライプ状構造部５３Ｒの表面５３ＲＳに至る開口２７ａＢが形成される。
第１実施形態における場合と同様に、開口２７ａＢの側面２７ａＢＳは、なだらかになり、垂直性が低くなる。即ち、開口２７ａＢは、ストライプ状構造部５３Ｒの表面５３ＲＳからＺ軸の正方向に向けて、Ｙ軸方向の幅が増加している。そのため、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法によっても、配線層３１の段切れを低減することが可能となる。
本発明は上述の実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。
例えば、上述の実施形態においては、保護層露出工程とストライプ状構造部露出工程との間にレジスト層除去工程を行っているが（図９及び図１０参照）、保護層露出工程の後、レジスト層除去工程を行う前にストライプ状構造部露出工程を行ってもよい。この場合であっても、保護層露出工程後の状態において樹脂層２７の開口２７Ｂの側面２７ＢＳは、なだらかになっており、垂直性は低くなっているため（図９参照）、配線層形成工程において、配線層３１の段切れを十分に低減することが可能である。
１・・・半導体基板、１ｍ・・・半導体基板の主面、７・・・活性層、１７、５３・・・半導体積層、１７Ｒ・・・リッジ導波路（ストライプ状構造部）、１７Ｓ・・・一対の溝部、２５・・・保護層、２７・・・樹脂層、２９・・・レジスト層、２９Ｐ・・・レジスト層の開口、３１・・・配線層。

Claims (4)

  1. 半導体基板の主面上に、活性層を含む半導体レーザのための構造を有する半導体積層を形成する積層工程と、
    前記半導体積層の一部を除去することにより、前記半導体基板の前記主面と平行な第１方向に沿ってそれぞれ延びる一対の溝部を形成し、前記第１方向に沿って延びるストライプ状構造部を前記半導体積層に形成するストライプ状構造部形成工程と、
    少なくとも前記ストライプ状構造部の表面にシリコン酸化物からなる保護層を形成する保護層形成工程と、
    前記保護層形成工程の後に、前記ストライプ状構造部を埋め込むように前記半導体積層上にシリコンを含有するベンゾシクロブテンからなる樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
    前記ストライプ状構造部上の領域に開口を有し、かつ、シリコンを含有しない樹脂又は前記樹脂層よりもシリコン含有量の少ない樹脂からなるレジスト層を前記樹脂層上に形成するレジスト層形成工程と、
    ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチング法により、前記レジスト層をマスクとして、前記樹脂層を前記保護層が露出しない深さだけエッチングする中間エッチング工程と、
    前記中間エッチング工程の後に、ＣＦ４ガスとＯ２ガスからなる前記混合ガスをエッチングガスとして用いるとともに前記混合ガスの混合比を変更することにより、反応性イオンエッチング法により、前記レジスト層の一部をエッチングして前記レジスト層の前記開口を前記主面と平行かつ前記ストライプ状構造部の延び方向と直交する方向に拡大する開口拡大工程と、
    前記開口拡大工程の後に、ＣＦ４ガスとＯ２ガスからなる前記混合ガスをエッチングガスとして用いるとともに前記混合ガスの混合比を変更することにより、反応性イオンエッチング法により、前記レジスト層をマスクとして、前記樹脂層をエッチングして当該樹脂層に開口を形成し、当該開口を介して前記ストライプ状構造部上の前記保護層を露出させる保護層露出工程と、
    前記保護層露出工程の後に、ＣＦ４ガスをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチング法により、前記樹脂層をマスクとして、前記ストライプ状構造部上の前記保護層と、前記樹脂層の前記開口の側面とを同時にエッチングすることにより、前記ストライプ状構造部の表面の少なくとも一部を露出させるストライプ状構造部露出工程と、
    前記ストライプ状構造部露出工程の後に、露出した前記ストライプ状構造部の前記表面の前記少なくとも一部から前記樹脂層の表面上まで亘る配線層を形成する配線層形成工程と、を備え、
    前記中間エッチング工程及び前記保護層露出工程において、反応性イオンエッチング法によるエッチングのために用いられるＣＦ４ガスとＯ２ガスの前記混合ガスの混合比は、前記樹脂層のエッチングレートが前記レジスト層のエッチングレートよりも大きくなるように選択され、
    前記開口拡大工程において、反応性イオンエッチング法によるエッチングのために用いられるＣＦ４ガスとＯ２ガスの前記混合ガスの混合比は、前記レジスト層のエッチングレートが前記樹脂層のエッチングレートよりも大きくなるように選択されることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
  2. 前記樹脂層は、非感光性のベンゾシクロブテンからなることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
  3. 前記保護層露出工程と前記ストライプ状構造部露出工程との間に、前記レジスト層を除去するレジスト層除去工程をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
  4. 前記中間エッチング工程におけるＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合比は、分圧比で４：５〜１：１の範囲内であり、
    前記開口拡大工程におけるＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合比は、分圧比で１：３〜１：５の範囲内であり、
    前記保護層露出工程におけるＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合比は、分圧比で４：５〜１：１の範囲内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
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