JPH04241488A - 歪量子井戸半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、歪量子井戸半導体レー
ザ素子の製造方法に関するもので、特にリッジウエイブ
型の歪量子井戸半導体レーザ素子を作製するために有益
な製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】ＩｎＧａＡｓより成る歪量子井戸構造の活
性層と、ＩｎＧａＰより成るクラッド層とを半導体基板
上に積層して形成された歪量子井戸半導体レーザ素子は
、従来のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系およびＩｎＧａＡｓ
Ｐ／ＩｎＰ系等の格子整合系レーザではちょうど谷間に
なっていた波長０．９　〜１．１　μｍ　の光源として
期待されている。

【０００３】本出願人は、先に出願した特願平２−１８
４４９において以下に示す構造のリッジウエイブ型歪量
子井戸半導体レーザ素子を提案しているが、先ず初めに
図４を用いてそのリッジウエイブ型歪量子井戸半導体レ
ーザ素子の基本となるダブルヘテロ構造４０１　を説明
する。

【０００４】図中４０２　は３５０　μｍ　厚でｎ型の
ＧａＡｓの（１００）面を表面とする半導体基板であり
、この上に分子線気相成長法（ＭＢＥ法）、あるいは有
機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等のエピタキシャル
成長法を用いて以下に述べる各半導体層４０３　〜４０
８　が順次積層されている。

【０００５】４０３　は０．５　μｍ　厚でｎ型のＧａ
Ａｓより成るバッファ層、４０４　は１．５　μｍ　厚
でｎ型のＩｎＧａＰより成るクラッド層、４０５　は図
５に拡大図示した８０Å厚のＩｎＧａＡｓより成る歪量
子井戸構造の活性層５０１　と、１５００Å厚のＧａＡ
ｓより成る光閉じ込め層５０２　である。 また、４０６　は下側が０．１　μｍ　厚、上側が１．
５　μｍ　厚でそれぞれｐ型のＩｎＧａＰより成るクラ
ッド層、４０７　は５０Å厚のＧａＡｓより成るエッチ
ング停止層、４０８　は０．５　μｍ　厚でｐ型のＧａ
Ａｓより成るコンタクト層である。

【０００６】次に、図示した図６（ａ）　〜（ｅ）　を
もとに前述したダブルヘテロ構造４０１　を加工して形
成されるリッジウエイブ型歪量子井戸半導体レーザ素子
６０１　の製造方法について説明する。

【０００７】最初に、図６（ａ）　に示すように、フォ
トリソグラフ等の手段を用いてコンタクト層４０８　上
に幅Ｒのレジスト６０２　をパターニングする。

【０００８】次に、同図（ｂ）　に示すように、レジス
ト６０２　をマスクとしてコンタクト層４０８　を選択
エッチングし、そのエッチング底面が上側のクラッド層
４０６　の表面に達するまで続ける。尚、コンタクト層
４０８　の選択エッチングには、酒石酸と過酸化水素水
の混合エッチング溶液を用いる。

【０００９】次に、レジスト６０２　を剥離後、同図（
ｃ）　に示すようにコンタクト層４０８　をマスクとし
てクラッド層４０６　を選択エッチングし、そのエッチ
ング底面がエッチング停止層４０７　の表面に達するま
で続け、リッジの幅Ｗ、メサの深さｄのメサ６０３　を
形成する。尚、クラッド層４０６　の選択エッチングに
は塩酸と燐酸の混合エッチング溶液を用いる。

【００１０】次に、同図（ｄ）　に示すように、スパッ
タ等の手段を用いてエピタキシャル層の表面にＳｉＯ２
　、あるいはＳｉＮ等のエッチングマスクとなる薄膜６
０４　、例えば本例では０．１　μｍ　厚のＳｉＮを成
膜する。

【００１１】次に、同図（ｅ）　に示すようにフォトリ
ソグラフ等の手段を用いてパターニングした図示しない
レジストをマスクとして薄膜６０４　にエッチングを施
し、コンタクト層４０８　上に相当する薄膜６０４　に
目抜き部６０５　を形成し、コンタクト層４０８　を露
出させる。そして最後に露出させたコンタクト層４０８
　、および同図（ｅ）　では図示しない半導体基板４０
２　のそれぞれに図示しない電極を形成し、リッジウエ
イブ型歪量子井戸半導体レーザ素子６０１　を完成させ
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前述した
リッジウエイブ型歪量子井戸半導体レーザ素子６０１　
の製造方法においては以下に示すような問題点があった
。まず、このリッジウエイブ型歪量子井戸半導体レーザ
素子６０１の発振横モードの安定化は素子自体の特性（
高出力、高効率、高速変調等）を向上させるための必須
条件であり、特に光通信用においてはファイバとの結合
効率に対して密接に関連してくるものである。そして、
このリッジウエイブ型歪量子井戸半導体レーザ素子６０
１　においてその発振横モード（本例では、活性層に水
平方向での水平横モード、以下同じ）はその構造上図６
（ｃ）　に示すリッジの幅Ｗ、およびメサの深さｄによ
って変化するものなので、これらリッジの幅Ｗ、および
メサの深さｄをそれぞれの作製ロット間で再現性良く形
成することが以前から望まれていた。

【００１３】しかしながら、従来のリッジウエイブ型歪
量子井戸半導体レーザ素子６０１　の製造方法において
、メサの深さｄは薄膜のエッチング停止層４０７　を用
いることにより精度良く形成できるので特に問題はない
が、リッジの幅Ｗは図６（ａ）　の工程において示した
ようにレジスト６０２　のパターニングの幅Ｒをもって
制御しようとしているので、コンタクト層４０８　のエ
ッチングの際に図７に示すようなコンタクト層４０８　
にサイドエッチング７０１　が生じてしまい、従来の製
造方法においてはリッジの幅Ｗをそれぞれの作製ロット
間で再現性良く形成することは極めて困難であった。そ
のためリッジウエイブ型歪量子井戸半導体レーザ素子６
０１　の発振横モードが各作製ロット間においてばらつ
いてしまい、再現性、および安定性に欠けてしまうとい
う問題が生じていた。そして、このサイドエッチング７
０１はレジスト６０２　の膜質、レジスト６０２　とコ
ンタクト層４０８　との密着性、およびコンタクト層４
０８　にエッチングを施すエッチング溶液の濃淡、温度
管理等のバラツキにより生じることが考えられてはいた
が、これらの各条件を改善することは製造管理面におい
て非常に困難であった。

【００１４】また、コンタクト層４０８　の膜厚を薄く
することでサイドエッチング７０１　の量を低減できる
ことも知られているが、このコンタクト層４０８　は、
拡散しやすい金を含む金属電極とのコンタクト層なので
、あまり薄くすることはリッジウエイブ型歪量子井戸半
導体レーザ素子６０１自体の信頼性に影響を与える結果
となっていた。

【００１５】従って、従来の製造方法で作製したリッジ
ウエイブ型歪量子井戸半導体レーザ素子６０１　のアス
ペクト比が各作製ロット間でばらついてしまい、例えば
光ファイバー等の導波路と結合した際にはその結合効率
が安定しないという問題が生じていた。

【００１６】

【発明の目的】本発明は前記問題点に鑑みなされたもの
でその目的とするところは、リッジの幅をそれぞれの作
製ロット間で再現性良く形成することができ、しかも光
ファイバー等の導波路と結合した際には安定した結合効
率を得ることのできるリッジウエイブ型歪量子井戸半導
体レーザ素子の製造方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の構成は、半導体基板上に、ＩｎＧａＡｓより
成る歪量子井戸構造の活性層と、該活性層の上下に配置
され、且つＩｎＧａＰより成るクラッド層とがエピタキ
シャル成長法により形成された歪量子井戸半導体レーザ
素子の製造方法において、前記クラッド層上にＧａＡｓ
より成るコンタクト層を設け、更に該コンタクト層上に
は該コンタクト層よりも薄厚のＩｎＧａＰより成る半導
体層を形成し、該半導体層をマスクとして前記コンタク
ト層を前記半導体層に対して選択エッチングすることを
特徴とする。

【００１８】

【実施例】本発明の一実施例を図１を用いて具体的に説
明する。先ず、図１に本発明により製造されるリッジウ
エイブ型歪量子井戸半導体レーザ素子の基本となるダブ
ルヘテロ構造１０１　を示す。

【００１９】本実施例のダブルヘテロ構造１０１　の構
造は、図４で図示した従来のダブルヘテロ構造４０１　
と基本的に変わらず、最上層に５００　Å厚のＩｎＧａ
Ｐ層１０２　を設けている点のみ相違している。また、
活性層および光閉じ込め層４０５　の構成も図５に拡大
図示したものと同じであり、それぞれの半導体層は、分
子線気相成長法（ＭＢＥ）、あるいは有機金属気相成長
法（ＭＯＣＶＤ法）等のエピタキシャル成長法により積
層される。従って、従来例と共通する箇所は同符号を用
いている。

【００２０】次に、図示した図２（ａ）　〜（ｄ）　を
もとに前述したダブルヘテロ構造１０１　を加工して形
成されるリッジウエイブ型歪量子井戸半導体レーザ素子
２０１　の製造方法について説明する。最初に、図２（
ａ）　に示すように、フォトリソグラフ等の手段を用い
てＩｎＧａＰ層１０２　上に、例えば幅Ｒのレジスト２
０２　をパターニングする。 尚、本実施例では、順メサ方向にストライプがパターニ
ングされる。

【００２１】次に、同図（ｂ）　に示すようにレジスト
２０２　をマスクとしてＩｎＧａＰ層１０２　をコンタ
クト層４０８　に対して選択エッチングし、そのエッチ
ング底面がコンタクト層４０８　の表面に達するまで続
ける。尚、ＩｎＧａＰ層１０２　の選択エッチングには
、例えば塩酸と燐酸を１：３の割合で混合した混合エッ
チング溶液を用いる。また、このＩｎＧａＰ層１０２　
の選択エッチングは、エッチング溶液の温度、および撹
拌状況等によって若干その速度は変化するが、約３秒間
のエッチングにより完了する。

【００２２】次に、同図（ｃ）　に示すようにレジスト
２０２　を剥離後、ＩｎＧａＰ層１０２　をマスクとし
てコンタクト層４０８　をＩｎＧａＰ層１０２　、およ
びクラッド層４０６　に対して選択エッチングする。そ
してそのエッチング底面が上側のクラッド層４０６　の
表面に達するまで続ける。尚、コンタクト層４０８　の
選択エッチングには、例えば酒石酸と過酸化水素水との
混合エッチング溶液を用いる。この選択エッチングによ
りコンタクト層４０８　は図３に示すように、ＩｎＧａ
Ｐ層１０２　と接した部分を上底とする約５５°の台形
にエッチングされる。

【００２３】更に、図２（ｄ）　に示すようにコンタク
ト層４０８　をマスクとしてクラッド層４０６　をエッ
チングし、その底面がエッチング停止層４０７　の表面
に達するまで続ける。尚、このクラッド層４０６　のエ
ッチングには、例えば前述した塩酸と燐酸との混合エッ
チング溶液が用いられるが、この時ＩｎＧａＰ層１０２
　も同時にエッチング除去され、コンタクト層４０８　
が最上層となり、リッジの幅Ｗ、メサの深さｄのメサ２
０３　が形成される。以下、従来例と同様の方法を用い
てリッジウエイブ型歪量子井戸半導体レーザ素子２０１
　を完成させる。

【００２４】本発明によれば、ＩｎＧａＰ層１０２　を
マスクとしてコンタクト層４０８　（最上層）を選択エ
ッチングしており、コンタクト層４０８　に生じるサイ
ドエッチングの量を最小限にすることができるので、リ
ッジの幅Ｗを再現性良く形成することができる。また、
前述した方法で形成したリッジウエイブ型歪量子井戸半
導体レーザ素子によれば、設計したリッジの幅Ｗと、レ
ジストの幅Ｒとの関係は、順メサ方向のストライプにつ
いては形成したメサの深さをｄとして Ｗ＝Ｒ＋２ｄ／Ｔａｎ５５°−（１） と一義的に決まる。そしてそのバラツキは１％以下であ
る。従って、各作製ロット間において極めて高い精度で
リッジの幅を形成できるので、発振横モード（本例では
活性層に水平方向での水平横モード、以下同じ）の再現
性、および安定性の向上を図ることが可能となる。

【００２５】更に、表１に従来法、および本発明により
製造されたリッジウエイブ型歪量子井戸半導体レーザ素
子２０１　の発振横モードを各作製ロット間で比較した
結果を示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】但し、△Θは２０個のリッジウエイブ型歪
量子井戸半導体レーザ素子２０１　の水平横モードの半
値全角の平均値を示し、Θｎ−１　はその標準偏差であ
る。

【００２８】表１からも明らかのように、本発明で形成
されたリッジウエイブ型歪量子井戸半導体レーザ素子２
０１　の方が各作製ロットのいずれにおいても安定した
発振横モードを得ることができた。そしてこれらの結果
はＳＨＧ、および光ファイバー等の導波路への結合効率
の安定性の改善に直結するものである。

【００２９】尚、本発明で製造されるリッジウエイブ型
歪量子井戸半導体レーザ素子の構造は本実施例に限られ
るものではなく、各半導体層の膜厚、および歪量子井戸
層の数等は適宜変更することが可能である。また、光閉
じ込め層の屈折率をパラボリックに変化させたＧＲＩＮ
構造を採用してもよい。更に、基面の面方位は本実施例
に限ることはなく、ストライプを逆メサ方向に作製して
もよい。但しこの場合、上式（１）は変化するが、Ｒの
値によってＷの値が一義的に決まるという本発明の趣旨
は変わらない。

【００３０】

【発明の効果】本発明のリッジウエイブ型歪量子井戸半
導体レーザ素子の製造方法によれば、最上層のコンタク
ト層に生じるサイドエッチングの量を最小限にすること
ができるので、リッジの幅をそれぞれの作製ロット間で
再現性良く形成することができ、しかも再現性、および
安定した発振横モードを得ることができる。従って、光
ファイバー等の導波路と結合した際には安定した結合効
率が得られるリッジウエイブ型歪量子井戸半導体レーザ
素子を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリッジウエイブ型歪量子井戸半導体レ
ーザ素子の基本となるダブルヘテロ構造を示す断面図で
ある。

【図２】本発明の製造方法を示す工程図である。

【図３】本発明により製造されるリッジウエイブ型歪量
子井戸半導体レーザ素子の要部拡大図である。

【図４】従来のリッジウエイブ型歪量子井戸半導体レー
ザ素子の基本となるダブルヘテロ構造を示す断面図であ
る。

【図５】図４の要部拡大図である。

【図６】従来のリッジウエイブ型歪量子井戸半導体レー
ザ素子の製造方法を示す工程図である。

【図７】従来のリッジウエイブ型歪量子井戸半導体レー
ザ素子の要部拡大図である。

【符号の説明】

１０２　　　ＩｎＧａＰ層 ２０２　　　レジスト　　 ２０３　　　メサ　　 ４０２　　　半導体基板　　 ４０３　　　バッフア層 ４０４，４０６　　　クラッド層 ４０５　　　活性層および光閉じ込め層　　４０７　　
　エッチング停止層 ４０８　　　コンタクト層 ５０１　　　活性層 ５０２　　　光閉じ込め層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体基板上に、ＩｎＧａＡｓより成
   る歪量子井戸構造の活性層と、該活性層の上下に配置さ
   れ、且つＩｎＧａＰより成るクラッド層とがエピタキシ
   ャル成長法により形成された歪量子井戸半導体レーザ素
   子の製造方法において、前記クラッド層上にＧａＡｓよ
   り成るコンタクト層を設け、更に該コンタクト層上には
   該コンタクト層よりも薄厚のＩｎＧａＰより成る半導体
   層を形成し、該半導体層をマスクとして前記コンタクト
   層を前記半導体層に対して選択エッチングすることを特
   徴とする歪量子井戸半導体レーザ素子の製造方法。