JP6598202B2 - 半導体レーザの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体レーザの製造方法に関する。
波長可変半導体レーザ等の半導体装置には、特定の波長の光以外を弱める回折格子が設けられる。下記特許文献１及び２には、活性層及び光導波路層の下部に設けられた回折格子を有する半導体レーザが記載されている。
特開２０１２−１７４９３８号公報 特開２０１１−２４９６１９号公報
例えば、製造ばらつきによって、回折格子を構成するためのレジストのパターンが回折格子を設けるべき領域において設定された本数ではない場合、当該回折格子を含む半導体レーザは全て不良品となってしまう。したがって、回折格子内の回折格子パターンの本数を正確に制御することによって、半導体レーザの歩留まりを向上することが求められている。
本発明は、歩留まりの向上可能な半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法は、回折格子パターンを有する第１領域と、第１領域の共振器長方向に連結すると共に回折格子パターンが設けられない第２領域と、を備えた共振器パターンを形成する半導体レーザの製造方法であって、第１領域の共振器長方向における長さが異なる複数の共振器パターンを、共振器長方向に交差する方向に複数隣接して設ける第１工程と、複数の共振器パターンのうち、選択された共振器パターンを残して、他を除去する第２工程と、を含む。
本発明によれば、歩留まりの向上可能な半導体レーザの製造方法を提供できる。
図１（ａ）は、第１実施形態に係る半導体レーザの平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線矢視断面図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体レーザの製造方法の各工程における断面図である。 図３（ａ）は、第１実施形態に係る半導体レーザの製造方法の各工程における平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線矢視断面図である。 図４（ａ）は、第１実施形態に係る半導体レーザの製造方法の各工程における一部を拡大した図を含む平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ線矢視断面図である。 図５（ａ）は、第１実施形態に係る半導体レーザの製造方法の各工程における一部を拡大した図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線矢視断面図である。 図６（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体レーザの製造方法の各工程における断面図である。 図７（ａ）は、第１実施形態に係る半導体レーザの製造方法の各工程における一部を拡大した図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線矢視断面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＶＩＩｃ−ＶＩＩｃ線矢視断面図である。 図８（ａ）は、第１実施形態に係る半導体レーザの製造方法の各工程における一部を拡大した図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ線矢視断面図である。 図９（ａ）は、第１実施形態に係る半導体レーザの製造方法の各工程における一部を拡大した図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＩＸｂ−ＩＸｂ線矢視断面図である。 図１０は、第２実施形態に係る半導体レーザの製造方法の各工程における断面図である。 図１１（ａ）は、第１実施形態に係る半導体レーザの製造方法の各工程における一部を拡大した図を含む平面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＸＩｂ−ＸＩｂ線矢視断面図である。 図１２（ａ）は、第１実施形態に係る半導体レーザの製造方法の各工程における一部を拡大した図を含む平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＸＩＩｂ−ＸＩＩｂ線矢視断面図である。 図１３（ａ）は、第１実施形態に係る半導体レーザの製造方法の各工程における一部を拡大した図を含む平面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＸＩＩＩｂ−ＸＩＩＩｂ線矢視断面図であり、図１３（ｃ）は、図１３（ａ）のＸＩＩＩｃ−ＸＩＩＩｃ線矢視断面図である。
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本願発明の一実施形態は、回折格子パターンを有する第１領域と、第１領域の共振器長方向に連結すると共に回折格子パターンが設けられない第２領域と、を備えた共振器パターンを形成する半導体レーザの製造方法であって、第１領域の共振器長方向における長さがそれぞれ異なる複数の共振器パターンを、共振器長方向に交差する方向に複数隣接して設ける第１工程と、複数の共振器パターンのうち、選択された共振器パターンを残して、他を除去する第２工程と、を含む半導体レーザの製造方法である。
この製造方法では、所望の共振器パターンを残して他の共振器パターンを除去している。これにより、第１領域内に所望の回折格子パターンが含まれる共振器パターンを用いて、所望の回折格子を有する半導体装置の形成が可能になる。したがって、上記製造方法によれば、所望の回折格子を有する半導体レーザの歩留まりの向上が可能である。
また、第２工程は、選択された共振器パターン以外をエッチングすることで、選択された共振器パターンからメサストライプを形成する工程であってもよい。この場合、所望の波長の光を出射可能な半導体レーザを提供できる。
また、メサストライプの幅は、共振器パターンの幅より狭くてもよい。この場合、メサストライプ中に確実に第１領域内の回折格子パターンが含まれる。
また、メサストライプを半導体層で埋め込む工程をさらに有してもよい。この場合、メサストライプの電流−発光強度特性（Ｉ−Ｌ特性）を安定化できる。
また、選択された共振器パターンには、活性層が含まれてもよい。
また、第１工程において、複数の共振器パターンを一組として、当該組を共振器長方向に交差する方向にて互いに離間するように複数設けてもよい。この場合、複数の半導体レーザを一度に形成することができる。
また、複数の共振器パターンは、共振器長方向において、第１の領域と第２の領域とが交互に複数設けられた抽出回折格子であってもよい。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）
図１（ａ）は、第１実施形態に係る半導体レーザの平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線矢視断面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されるように、半導体装置である半導体レーザ１は、例えばＤＦＢ（Distributed Feedback）型の半導体レーザである。半導体レーザ１は、例えば半導体基板１１上に、光吸収領域２、ＳＧ−ＤＢＲ（Sampled Grating Distributed Reflector）領域３、ＳＧ−ＤＦＢ（Sampled Grating Distributed Feedback）領域４、及びＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）領域５を有する。半導体基板１１は、例えばＩｎＰを含むｎ型の半導体基板である。
光吸収領域２、ＳＧ−ＤＢＲ領域３、ＳＧ−ＤＦＢ領域４、及びＳＯＡ領域５は、半導体基板１１上に、一体的になるように形成される。光吸収領域２、ＳＧ−ＤＢＲ領域３、ＳＧ−ＤＦＢ領域４、及びＳＯＡ領域５は、半導体基板１１上の主面における一方向に沿って順に連結されている。当該一方向は、半導体レーザ１が発振する光の伝播方向である。光吸収領域２等が形成されていない半導体基板１１の裏面には、金属等の導電性材料を有する裏面電極６が設けられる。裏面電極６は、例えばＮｉ層／ＡｕＧｅ層／Ａｕ層を有する。
光吸収領域２は、半導体レーザ１の光吸収領域として機能する。光吸収領域２は、図１（ｂ）に示されるように、断熱層１２、クラッド層１３、光吸収層１４、クラッド層１５、コンタクト層１６、及び電極１７が順に積層された構造を有する。
断熱層１２は、半導体基板１１の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する半導体層である。断熱層１２は、例えばＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＡｓＰ、及びＩｎＧａＡｌＡｓＰのうち少なくとも一つを含む。第１実施形態における断熱層１２は、ＩｎＡｌＡｓＰの単層であるが、例えばＩｎＡｌＡｓＰ層／ＩｎＧａＡｌＡｓ層等の積層構造を有してもよい。断熱層１２の厚さは、例えば１．０μｍ〜３．０μｍである。
クラッド層１３及びクラッド層１５は、光吸収層１４、後述する光導波路層２１、後述する活性層４１、及び後述する光増幅層５１の内部に光を閉じ込める層である。クラッド層１３は例えばｎ型であると共にＩｎＰを含む。クラッド層１５は例えばｐ型であると共にＩｎＰを含む。クラッド層１３の厚さは、例えば１．０μｍ〜３．０μｍであり、クラッド層１５の厚さは、例えば１．０μｍ〜２．０μｍである。
光吸収層１４は、半導体レーザ１が発振する光の波長に対して吸収特性を有する材料を含む。光吸収層１４は、例えば量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）を有する。量子井戸構造としては、例えばＩｎＧａＡｓＰの井戸層及びＩｎＧａＡｓＰの障壁層が交互に積層された構造が適用される。光吸収層１４の厚さは、例えば０．１μｍ〜０．３μｍである。
コンタクト層１６は、例えばｐ型のＩｎＧａＡｓＰ層である。コンタクト層１６の厚さは、例えば０．１μｍ〜０．３μｍである。コンタクト層１６は、電極１７とオーミック接続することが好ましい。電極１７は、金属等の導電性材料を有する。電極１７は、例えばＮｉ層／ＡｕＧｅ層／Ａｕ層を有する。電極１７は、例えば接地電位（ＧＮＤ）を有する。
ＳＧ−ＤＢＲ領域３は、半導体レーザ１の反射領域として機能する。図１（ｂ）に示されるように、ＳＧ−ＤＢＲ領域３は、断熱層１２、クラッド層１３、光導波路層２１、クラッド層１５、第１絶縁膜２３、ヒータ２５、及び第２絶縁膜２６が順に積層された構造を有する。
光導波路層２１は、光導波路を構成し、半導体レーザ１が発振する光を伝送する機能を有する層である。光導波路層２１は、例えばＩｎＧａＡｓＰ等を含む量子井戸構造を有する。光導波路層２１は、光の伝播方向に沿って延在する。
図１（ｂ）に示されるように、第１絶縁膜２３は、クラッド層１５上に設けられる絶縁膜である。第１絶縁膜２３は、例えば酸化シリコン又は窒化シリコンを含む。第１絶縁膜２３の厚さは、例えば０．２μｍ〜０．３μｍである。第１絶縁膜２３は、例えばスパッタリング、常圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、プラズマＣＶＤ法、又は光ＣＶＤ法によって形成される。
ヒータ２５は、電気が流れることによって発熱する機能を有する抵抗素子である。ヒータ２５が発生した熱を用いて、光導波路層２１の温度を調整する。ヒータ２５は、例えばＴｉ（チタン）及びＷ（タングステン）からなる合金である。また、ヒータ２５は、ＮｉＣｒから構成されてもよい。ヒータ２５は、配線２９ａ及び配線２９ｂに接続されている。配線２９ａ，２９ｂは、金属等の導電性材料を有しており、ヒータ２５よりも電気伝導性が高い。配線２９ａ，２９ｂは、例えばＮｉ層／ＡｕＧｅ層／Ａｕ層を有する。配線２９ａは、例えばＧＮＤに接続され、配線２９ｂは、電源に接続される。
第２絶縁膜２６は、ヒータ２５上に設けられる絶縁膜である。第２絶縁膜２６は、例えば酸化シリコン又は窒化シリコンを含む。第２絶縁膜２６の厚さは、例えば０．２μｍ〜０．３μｍである。第２絶縁膜２６は、例えばスパッタリング、常圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、又は光ＣＶＤ法によって形成される。
図１（ａ）に示されるように、ＳＧ−ＤＢＲ領域３には、一対の溝３１，３２が設けられている。一対の溝３１，３２は、半導体基板１１の厚さ方向から見て、光導波路層２１を挟むように設けられている。一対の溝３１，３２には、樹脂等が充填されていてもよい。
ＳＧ−ＤＢＲ領域３におけるクラッド層１３内の一部には、回折格子２８が形成される。回折格子２８は、クラッド層１３とは異なる屈折率を有する材料を含んでいる。例えば、クラッド層１３がＩｎＰを含む場合、回折格子２８を構成する材料はＩｎＧａＡｓＰであってもよい。回折格子２８は、所定の本数を有する回折格子パターンから構成されている。
ＳＧ−ＤＦＢ領域４は、半導体レーザ１の発光領域として機能する。ＳＧ−ＤＦＢ領域４は、例えば光の伝播方向に沿って延在する発光領域を備える。図１（ｂ）に示されるように、半導体基板１１上におけるＳＧ−ＤＦＢ領域４は、断熱層１２、クラッド層１３、活性層４１、クラッド層１５、コンタクト層１６及び電極４２が順に積層された構造を有する。ＳＧ−ＤＦＢ領域４におけるクラッド層１３内の一部には回折格子４３が設けられる。この回折格子４３は、ＳＧ−ＤＢＲ領域３の回折格子２８と同様の形状を有する。
活性層４１は、電流注入により利得を得ることのできる半導体層である。活性層４１は、例えばＩｎＧａＡｓＰ等を含む量子井戸構造を有する。活性層４１は、光吸収層１４の形成と同時に形成可能である。電極４２は、電極１７と同一の構成及び特性を有する。電極４２は、コンタクト層１６に接続されている。また、電極４２は、例えば電源に接続される。
ＳＯＡ領域５は、半導体レーザ１の増幅領域として機能する。図１（ｂ）に示されるように、半導体基板１１上におけるＳＯＡ領域５は、断熱層１２、クラッド層１３、光増幅層５１、クラッド層１５、コンタクト層１６及び電極５２が順に積層された構造を有する。
光増幅層５１は、半導体レーザ１が発振する光を増幅する機能を有する層である。光増幅層５１は、例えばＩｎＧａＡｓＰ等を含む量子井戸構造を有する。光増幅層５１は、活性層４１の形成と同時に形成可能である。電極５２は、電極４２と同一の構成及び特性を有する。電極５２は、例えば電源に接続される。
光吸収領域２の光吸収層１４と、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域３の光導波路層２１と、ＳＧ−ＤＦＢ領域４の活性層４１と、ＳＯＡ領域５の光増幅層５１とは、互いに光結合される。光吸収領域２側の端面には、反射膜が形成される。ＳＯＡ領域５側の端面には、１．０％以下の反射率を有するＡＲ膜が形成される。
次に、図２〜図９を用いながら第１実施形態に係る半導体レーザの製造方法を説明する。図２（ａ）〜（ｃ）及び図６（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体レーザの製造方法の各工程における断面図である。図３（ａ）は、第１実施形態に係る半導体レーザの製造方法の各工程における平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線矢視断面図である。図４（ａ）、図５（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）、及び図９（ａ）は、第１実施形態に係る半導体レーザの製造方法の各工程における一部を拡大した図を含む平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ線矢視断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線矢視断面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線矢視断面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＶＩＩｃ−ＶＩＩｃ線矢視断面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ線矢視断面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＩＸｂ−ＩＸｂ線矢視断面図である。半導体レーザ１のＳＧ−ＤＦＢ領域４は、例えば以下のように製造される。
まず、図２（ａ）に示されるように、ＩｎＰを含む半導体基板１１の主面上に、例えばエピタキシャル成長法によって断熱層６０及び第１層（半導体層）６１を順に形成する。断熱層６０は、例えば約１μｍの膜厚を有するＩｎＧａＡｓＰ層であり、断熱層１２に相当する（図１（ｂ）を参照）。第１層６１は、例えば約０．５μｍの膜厚を有するｎ型ＩｎＰ層である。
次に、図２（ｂ）に示されるように、例えばエピタキシャル成長法によって第２層（回折格子層）６２を第１層６１上に形成する。第２層６２は、例えば約０．１μｍの膜厚を有するＩｎＧａＡｓＰ層である。
次に、図２（ｃ）に示されるように、例えば塗布法によって第２層６２上に、レジスト６３を形成する。レジスト６３は、例えばポジ型のレジスト樹脂から構成されており、レジスト６３の厚さは、例えば０．２μｍである。
次に、図３（ａ），（ｂ）に示されるように、レジスト６３をパターニングすることによって、第２層６２上の全面に所定の方向に沿って延在するストライプパターン６４を形成する。例えば、２光束干渉露光によって、ストライプパターン６４を形成する。以下では、半導体基板１１の厚さ方向から見て、ストライプパターン６４の延在方向を第１方向Ｄ１とし、当該第１方向Ｄ１に交差又は直交する方向を第２方向Ｄ２とする。
次に、図４（ａ），（ｂ）に示されるように、ストライプパターン６４の一部をパターニングすることによって、第１方向Ｄ１に沿って互いに連結された複数の部分露光パターン６５ａ〜６５ｃを有する露光パターン６５を複数形成する。これらの露光パターン６５は、それぞれ露光されたネガ型のレジストパターンＲによって覆われている。ストライプパターン６４のパターニングの一例としては、まずストライプパターン６４を覆うネガ型のレジストを塗布する。このレジストの厚さは、例えば０．３μｍ〜０．６μｍである。次に、ステッパー又はマスクアライナー等の露光装置と、パターニングされたレチクル又はマスクを用いて、上記ネガ型のレジストの一部を露光してレジストパターンＲを形成する。次に、ネガ型のレジストのレジストパターンＲ以外を除去し、ストライプパターン６４の一部を露出すると共に、ストライプパターン６４の他部をレジストパターンＲによって覆う。次に、アッシングを行うことにより、レジストパターンＲで覆われていないストライプパターン６４の一部を除去する。これにより、レジストパターンＲに覆われた露光パターン６５を形成する。最後に、形成されたレジストパターンＲのみを除去し、残存したストライプパターン６４である露光パターン６５を露出する。部分露光パターン６５ａと部分露光パターン６５ｂとは、第１方向Ｄ１にて互いに隣接しており、部分露光パターン６５ｂと部分露光パターン６５ｃとは、第１方向Ｄ１にて互いに隣接している。第１方向Ｄ１において、部分露光パターン６５ｂは、部分露光パターン６５ａ，６５ｃの間に位置している。複数の部分露光パターン６５ａ〜６５ｃにおいて、第２方向Ｄ２に沿ったそれぞれの幅Ｗ１〜Ｗ３の大きさは、互いに異なっている。複数の部分露光パターン６５ａ〜６５ｃに含まれるストライプパターン６４の本数は、それぞれ異なっていることが好ましい。
次に、図５（ａ），（ｂ）に示されるように、露光パターン６５をマスク（第１マスク）として用いた第２層６２のエッチングによって、回折格子パターン６６を形成する。回折格子パターン６６は、露光パターン６５に対応した形状を有しており、複数の部分回折格子パターン６６ａ〜６６ｃを有している。例えば、露光パターン６５の部分露光パターン６５ａにおけるストライプパターン６４の本数は、回折格子パターン６６の部分回折格子パターン６６ａにおける本数と同一である。同様に、部分露光パターン６５ｂにおけるストライプパターン６４の本数は、部分回折格子パターン６６ｂにおける本数と同一であり、部分露光パターン６５ｃにおけるストライプパターン６４の本数は、部分回折格子パターン６６ｃにおける本数と同一である。第２層６２のエッチングは、少なくとも第１層６１が露出するまで行われる。この場合、第１層６１の一部がエッチングされてもよい。第２層６２のエッチングは、ドライエッチングでもよいし、ウェットエッチングでもよい。回折格子パターン６６を形成した後、例えば走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等によって、各部分回折格子パターン６６ａ〜６６ｃのストライプパターン６４の本数、幅、及びパターン欠損の有無等を観察する。
回折格子パターン６６を形成する際に、半導体基板１１の主面上に位置合わせマーク６７を形成する。位置合わせマーク６７は複数のマーク領域を有しており、このマーク領域の数は、回折格子パターン６６内の部分回折格子パターン６６ａ〜６６ｃの数と同一である。したがって、位置合わせマーク６７は、マーク領域６７ａ〜６７ｃを有している。マーク領域６７ａ〜６７ｃにおいて、マーキングされた領域は、以降の工程における位置合わせの基準として用いられる。マーキングされるマーク領域は、上述したＳＥＭ等による観察結果に応じて決定される。第１実施形態では、マーク領域６７ｂにマーキングする。
次に、図６（ａ）に示されるように露光パターン６５をエッチング等によって除去した後、図６（ｂ）に示されるように、第１層６１上及び回折格子パターン６６上に第３層（埋め込み層）６８を形成する。例えばエピタキシャル成長法によって第３層６８を形成する。第３層６８は、第１層６１と同じｎ型のＩｎＰ層である。これにより、第１層６１と第３層６８とは、単一の層６９となる。
次に、半導体レーザ１の反射領域となる部分に酸化シリコン膜等のマスクを形成する。マスク形成後、図６（ｃ）に示されるように、例えばエピタキシャル成長法によって第４層７０、第５層７１及び第６層７５を層６９上に順に形成する。第４層７０は、例えば量子井戸構造を有するＩｎＧａＡｓＰ層である。第５層７１は、例えばｐ型のＩｎＰ層である。第６層７５は、例えばｐ型のＩｎＧａＡｓＰ層である。この第６層７５は、後述するコンタクト層１６となる（図１（ｂ）を参照）。ここで、反射領域となる部分に形成したマスクを除去すると共に、第６層７５上にマスクを形成する。そして、反射領域となる部分に量子井戸構造を有する層を形成する。
次に、図７（ａ）〜（ｃ）に示されるように、第６層７５の形成後の半導体基板１１上に、第１方向Ｄ１に沿って互いに隣接した複数の共振器パターン９１〜９３を形成する。第１実施形態では、第２方向Ｄ２に沿って延在するように、共振器パターン９１〜９３のそれぞれを形成する。第２方向Ｄ２は、共振器パターン９１〜９３の共振器長方向としてもよく、第１方向Ｄ１は、上記共振器長方向に交差又は直交する方向としてもよい。共振器パターン９１〜９３を一組として、当該組を半導体基板１１の主面上に複数設ける。複数の組は、半導体基板１１上の第１方向Ｄ１において、互いに離間して設けられる。
共振器パターン９１は、部分回折格子パターン６６ａを有する領域９１ａと、第２方向Ｄ２において領域９１ａと連結すると共に部分回折格子パターン６６ａが設けられていない領域９１ｂとを有する。また、共振器パターン９１は、第２方向Ｄ２において、領域９１ａと領域９１ｂとが交互に複数設けられた抽出回折格子である。共振器パターン９２は、部分回折格子パターン６６ｂを有する領域９２ａと、第２方向Ｄ２において領域９２ａと連結すると共に部分回折格子パターン６６ｂが設けられていない領域９２ｂとを有する。また、共振器パターン９２は、第２方向Ｄ２において、領域９２ａと領域９２ｂとが交互に複数設けられた抽出回折格子である。共振器パターン９３は、部分回折格子パターン６６ｃを有する領域９３ａと、第２方向Ｄ２において領域９３ａと連結すると共に部分回折格子パターン６６ｃが設けられていない領域９３ｂとを有する。また、共振器パターン９３は、第２方向Ｄ２において、領域９３ａと領域９３ｂとが交互に複数設けられた抽出回折格子である。
領域９１ａ〜９３ａのそれぞれは、第２方向Ｄ２における長さが異なっている。また、領域９１ｂ〜９３ｂのそれぞれは、第２方向Ｄ２における長さが異なっている。第２方向Ｄ２において、領域９１ａと領域９１ｂとの合計長さは、領域９２ａと領域９２ｂとの合計長さ、及び領域９３ａと領域９３ｂとの合計長さに対して略同一である。
共振器パターン９１〜９３のそれぞれには、例えば層６９、第４層７０、第５層７１、及び第６層７５が含まれている。なお、領域９１ａ〜９３ａには、必ずしも層６９等が含まれなくてもよい。例えば、単に半導体基板１１の主面上において、回折格子パターン６６が設けられている領域９１ａ〜９３ａを第１領域とし、回折格子パターン６６が設けられていない領域９１ｂ〜９３ｂを第２領域としてよい。
図７（ａ）に戻って、共振器パターン９１〜９３のうち選択された共振器パターン上に、第２方向Ｄ２に沿って延在するマスク７２を形成する。マスク７２は、例えば酸化シリコン膜である。このマスク７２の第１方向Ｄ１における幅は、選択された共振器パターンの幅よりも小さい。第１実施形態では、マーク領域６７ｂがマーキングされているので、部分回折格子パターン６６ｂを有する共振器パターン９２上にマスク７２を形成する。なお、上述したＳＥＭ等による観察の結果、マーク領域６７ａにマーキングされていた場合、部分回折格子パターン６６ａを有する共振器パターン９１上にマスク７２を形成する。同様に、マーク領域６７ｃにマーキングされていた場合、部分回折格子パターン６６ｃを有する共振器パターン９３上にマスク７２を形成する。
次に、図８（ａ），（ｂ）に示されるように、マスク７２に重なる共振器パターン９２を残して、他の共振器パターン９１，９３を除去する。共振器パターン９１，９３の除去はエッチングにて行う。エッチングは、ウェットエッチングでもよいし、ドライエッチングでもよい。このエッチングにより、マスク７２に重なる共振器パターン９２を有するメサ構造（メサストライプ）８０を半導体基板１１の主面上に複数形成する。形成された複数のメサ構造８０は、半導体基板１１上にて、互いに離間して設けられる。また、マスク７２に重ならない共振器パターン９２の一部もエッチングされる。これにより、複数のメサ構造８０の第１方向Ｄ１における幅は、共振器パターン９２の幅よりも狭くなる。
メサ構造８０は、第２方向Ｄ２に沿って延在しており、マスク７２に重なる部分回折格子パターン６６ｂ内の回折格子パターン６６が含まれる。この回折格子パターン６６は、図８（ａ）における破線部で示された領域（第１領域）８１内に形成されている。メサ構造８０における領域８１以外の領域（第２領域）８２には、回折格子パターン６６が設けられていない。メサ構造８０において、層６９はクラッド層１３に相当し、第４層７０は活性層４１に相当し、第５層７１は、クラッド層１５に相当し、第６層７５はコンタクト層１６に相当し、回折格子パターン６６は回折格子４３に相当する（図１（ｂ）を参照）。メサ構造８０内の回折格子４３同士は、第２方向Ｄ２に沿って所定の間隔離れている。
次に、図９（ａ），（ｂ）に示されるように、メサ構造８０の上面以外を半導体層である埋め込み層７３によって埋め込む。そして、マスク７２を除去した後、絶縁膜４９を形成する。絶縁膜４９は、窒化シリコン膜もしくは酸化シリコン膜からなる。この絶縁膜４９上にマスク（図示なし）を形成する。このマスクによって、絶縁膜４９にコンタクト層１６に重なる窓４９ａを形成する。次に、絶縁膜４９に形成された窓４９ａで画定されたコンタクト層１６上に電極４２を形成する。以上により、図１（ｂ）に示される半導体レーザ１のＳＧ−ＤＦＢ領域４を形成する。また、ＳＧ−ＤＦＢ領域４を形成する途中にパターニング工程などを加えることによって、光吸収領域２、ＳＧ−ＤＢＲ領域３、及びＳＯＡ領域５を形成できる。そして、半導体基板１１を個片化することにより、半導体レーザ１を形成できる。
以上に説明した第１実施形態に係る半導体レーザ１によって得られる効果について説明する。例えば、図４（ａ）等に示される露光パターン６５を設けない場合、所定の領域における回折格子パターン６６の本数の過不足により、半導体基板１１自体が不良と判定されることがある。この場合、当該半導体基板１１に設けられ得る全ての半導体レーザが不良品として判定されるおそれがある。
これに対して、第１実施形態に係る半導体レーザ１の製造方法によれば、領域９１ａ〜９３ａの第１方向Ｄ１における長さが互いに異なる共振器パターン９１〜９３を、第２方向Ｄ２に複数隣接して設け、複数の共振器パターン９１〜９３のうち、選択された共振器パターンを残して、他を除去している。これにより、領域９２ａ内に所望の回折格子パターン６６が含まれる共振器パターン９２を用いて、所望の回折格子４３を有する半導体レーザ１の形成が可能になる。したがって、上記製造方法によれば、所望の回折格子４３を有する半導体レーザ１の歩留まりの向上が可能である。
また、上記製造方法では、共振器パターン９２以外をエッチングすることで、選択された共振器パターン９２からメサ構造８０を形成してもよい。この場合、所望の波長の光を出射可能な半導体レーザ１を提供できる。
また、メサ構造８０の幅は、共振器パターン９２の幅より狭くてもよい。この場合、メサ構造８０中に確実に領域９２ａ内の回折格子パターン６６が含まれる。
また、上記製造方法は、メサ構造８０を埋め込み層７３で埋め込む工程をさらに有してもよい。この場合、メサ構造８０の電流−発光強度特性（Ｉ−Ｌ特性）を安定化できる。
また、共振器パターン９１〜９３を一組として、当該組を第１方向Ｄ１にて互いに離間するように複数設けてもよい。この場合、複数の半導体レーザ１を一度に形成することができる。
また、回折格子パターン６６を形成する工程では、第２層６２を第１層６１が露出するまでエッチングしてもよい。この場合、互いに連結していない回折格子パターン６６を有する回折格子４３を形成することができる。
また、第１実施形態に係る製造方法は、回折格子４３上に活性層４１を形成する工程をさらに備えてもよい。この場合、所望の波長の光を出射可能な半導体レーザ１を提供できる。
また、メサ構造８０は、光導波路層２１又は活性層４１を含んでもよい。メサ構造８０が光導波路層２１を含んでいる場合、例えばヒータ２５等を用いて光導波路層２１に加えられる熱が、好適に伝達される。
（第２実施形態）
以下では、第２実施形態に係る半導体レーザの制御方法について説明する。第２実施形態の説明において第１実施形態と重複する記載は省略し、第１実施形態と異なる部分を記載する。つまり、技術的に可能な範囲において、第２実施形態に第１実施形態の記載を適宜用いてもよい。
図１０は、第２実施形態に係る半導体レーザの製造方法の各工程における断面図である。図１１（ａ）、図１２（ａ）、及び図１３（ａ）は、第１実施形態に係る半導体レーザの製造方法の各工程における一部を拡大した図を含む平面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＸＩｂ−ＸＩｂ線矢視断面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＸＩＩｂ−ＸＩＩｂ線矢視断面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＸＩＩＩｂ−ＸＩＩＩｂ線矢視断面図である。図１３（ｃ）は、図１３（ａ）のＸＩＩＩｃ−ＸＩＩＩｃ線矢視断面図である。
第２実施形態では、図１０に示されるように、第２層６２上にレジスト１０１を形成する。第２実施形態では、図３に示されるストライプパターン６４を埋め込むようにレジスト１０１を形成する。ストライプパターン６４はポジ型のレジスト樹脂であり、レジスト１０１はネガ型のレジスト樹脂である。レジスト１０１の厚さは、例えば０．３μｍ〜０．６μｍである。
次に、レジスト１０１における所望の領域に光を照射した後に、光が照射されなかったレジスト１０１のみを除去する。また、第１実施形態と同様にストライプパターン６４の一部をパターニングする。これにより、図１１（ａ），（ｂ）に示されるように、第２層６２上には、複数の部分露光パターン６５ａ〜６５ｃを有する露光パターン６５と、レジストパターン１０２とが設けられる。レジストパターン１０２と露光パターン６５とは、第２方向Ｄ２において交互に設けられる。レジストパターン１０２と、露光パターン６５とは、互いに分離している。
次に、図１２（ａ），（ｂ）に示されるように、ストライプパターン６４及びレジストパターン１０２をエッチングマスクとして用いた第２層６２のエッチングによって、回折格子パターン６６と、レジストパターン１０２に重なる残存領域６２ａとを形成する。残存領域６２ａと回折格子パターン６６とは、第２方向Ｄ２において交互に設けられる。残存領域６２ａと、回折格子パターン６６とは、互いに分離している。回折格子パターン６６及び残存領域６２ａを形成した後、第１実施形態と同様に露光パターン６５及びレジストパターン１０２を除去した後、第３層６８、第４層７０、第５層７１、及び第６層７５を順に形成する。これにより、残存領域６２ａは層６９に埋め込まれる（図１３（ｂ）、（ｃ）を参照）。
次に、図１３（ａ）に示されるように、第６層７５の形成後の半導体基板１１上に、複数の共振器パターン９１Ａ〜９３Ａを形成する。図１３（ｂ），（ｃ）に示されるように、共振器パターン９１Ａ〜９３Ａにおける領域９１ｃ〜９３ｃのそれぞれには、残存領域６２ａの一部が含まれている。これらの領域９１ｃ〜９３ｃは、回折格子パターン６６が設けられない領域（第２領域）である。そして、第１実施形態と同様に、共振器パターン９１Ａ〜９３Ａから選択された共振器パターンよりメサ構造を形成した後、当該メサ構造を用いて半導体レーザを形成する。
上述した第２実施形態に係る半導体レーザの製造方法であっても、第１実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、残存領域６２ａを大きく残すことで、第２層６２においてエッチングされる領域が小さくなり、エッチング工程の製造バラツキを小さくすることができる。
本発明による半導体装置は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態における半導体レーザ１は、光変調領域を更に有してもよい。また、上記実施形態における製造方法は、例えばＴＤＡ（ＴＤＡ（Tunable Distributed Amplification）型の波長可変半導体レーザ等の製造にも適用できる。
また、上記実施形態における位置合わせマーク６７は、必ずしも回折格子パターン６６を形成する際に設けられなくてもよい。例えば、回折格子パターン６６を形成する前後に位置合わせマーク６７を形成してもよい。回折格子パターン６６を形成する前に位置合わせマーク６７を形成する場合、回折格子パターン６６ではなく露光パターン６５をＳＥＭ等によって観察してもよい。このＳＥＭ等による観察により、露光パターン６５の部分露光パターン６５ａ〜６５ｃの内、所望の本数のストライプパターン６４が設けられた領域を選択してもよい。また、位置合わせマーク６７は、例えば半導体基板１１の主面上の縁周辺に形成されてもよい。
１…半導体レーザ、２…光吸収領域、３…ＳＧ−ＤＢＲ領域、４…ＳＧ−ＤＦＢ領域、５…ＳＯＡ領域、１１…半導体基板、１２，６０…断熱層、１３…クラッド層、１４…光吸収層、１５…クラッド層、１６…コンタクト層、１７，４２，５２…電極、２１…光導波路層、２３…第１絶縁膜、２５…ヒータ、２６…第２絶縁膜、２８，４３…回折格子、３１，３２…溝、４１…活性層、５１…光増幅層、６１…第１層（半導体層）、６２…第２層（回折格子層）、６２ａ…残存領域、６３…レジスト、６４…ストライプパターン、６５…露光パターン、６５ａ〜６５ｃ…部分露光パターン、６６…回折格子パターン、６６ａ〜６６ｃ…部分回折格子パターン、６７…位置合わせマーク、６７ａ〜６７ｃ…マーク領域、６８…第３層（埋め込み層）、７２…マスク、８０…メサ構造、９１〜９３，９１Ａ〜９３Ａ…共振器パターン、９１ａ〜９３ａ…領域（第１領域）、９１ｂ〜９３ｂ，９１ｃ〜９３ｃ…領域（第２領域）、１０２…レジストパターン。

Claims (7)

  1. 回折格子パターンを有する第１領域と、前記第１領域の共振器長方向に連結すると共に前記回折格子パターンが設けられない第２領域と、を備えた共振器パターンを形成する半導体レーザの製造方法であって、
    前記第１領域の前記共振器長方向における長さがそれぞれ異なる複数の前記共振器パターンを、前記共振器長方向に交差する方向に複数隣接して設ける第１工程と、
    複数の前記共振器パターンのうち、選択された共振器パターンを残して、他を除去する第２工程と、
    を含む半導体レーザの製造方法。
  2. 前記第２工程は、前記選択された共振器パターン以外をエッチングすることで、前記選択された共振器パターンを有するメサストライプを形成する工程である、請求項１記載の半導体レーザの製造方法。
  3. 前記メサストライプの幅は、前記共振器パターンの幅より狭い、請求項２記載の半導体レーザの製造方法。
  4. 前記メサストライプを半導体層で埋め込む工程をさらに有する、請求項２又は３記載の半導体レーザの製造方法。
  5. 前記選択された共振器パターンには、活性層が含まれる、請求項１〜４のいずれか一項記載の半導体レーザの製造方法。
  6. 前記第１工程において、複数の前記共振器パターンを一組として、当該組を前記共振器長方向に交差する方向にて互いに離間するように複数設ける、請求項１〜５のいずれか一項記載の半導体レーザの製造方法。
  7. 複数の前記共振器パターンは、前記共振器長方向において、前記第１領域と前記第２領域とが交互に複数設けられた抽出回折格子である、請求項１〜６のいずれか一項記載の半導体レーザの製造方法。
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