JPH04293286A - 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】この発明は、埋込みダブルヘテロ
構造の半導体レーザ素子を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の埋込みヘテロ構造（ＢＨ）半導
体レーザ素子には、種々の構造のものが提案されており
、その一例が文献Ｉ：「アイイーイーイー　　ジャーナ
ル　　オブコンタム　　エレクトロニクス（ＩＥＥＥ　
　ＪＯＵＲＮＡＬ　　ＯＦ　　ＱＵＡＮＴＵＭ　　ＥＬ
ＥＣＴＲＯＮＩＣＳ）Ｖｏｌ．ＱＥ−１７，Ｎｏ．５，
（１９８１）ｐｐ．６４０−６４５」に開示されている
。

【０００３】この発明の説明に先立ち、この文献に開示
された従来の半導体レーザ素子の製造方法の工程につき
、図６の（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、簡単に説明する。

【０００４】まず、（１００）面を主表面とするｎ−Ｉ
ｎＰ基板（ウエハともいう。）１０上にｎ−ＩｎＰ下側
クラッド層１２、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１４、ｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰアンチメルトバック層１６、ｐ−ＩｎＰ上側
クラッド層１８およびｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層２
０を順次にエピタキシャル成長で形成し、図６の（Ａ）
に示すような構造体を得る。ここで、下側クラッド層１
２、活性層１４、アンチメルトバック層１６および上側
クラッド層１８がダブルヘテロ構造２２を構成している
。

【０００５】次に、フォトリソエッチング技術を用いて
、このキャップ層２０上に、例えば二酸化珪素（ＳｉＯ
２）等の適当なマスクパターン２４を形成した後、＜０
１１＞方向に延在する、適当なストライプ幅のメサスト
ライプ部２６を形成し、図６の（Ｂ）に示すような構造
体を得る。尚、当然ながら、このメサストライプ部も２
６もダブルヘテロ構造となっている。このエッチングは
ウエットエッチングであって、ブロムメタノール系混合
液を用いてキャップ層２０の表面から下側クラッド層１
２の中途まで行うか、或いは、四元系材料層に対しては
ブロムメタノール系混合液を用い、また、二元系材料層
に対しては塩酸系混合液を用いて行う。

【０００６】次に、図６の（Ｂ）の構造体の上側であっ
てマスクパターン２４より下側全面に２回目の液相エピ
タキシャル（ＬＰＥ）成長を行って、下側ブロック層で
あるｐ−ＩｎＰブロック層３０および上側ブロック層で
あるｎ−ＩｎＰ層３２およびｐ−ＩｎＰ埋込み層３４を
順次に形成し、図６の（Ｃ）に示す構造体を得る。

【０００７】次に、マスクパターン２０除去した後、適
当な上側および下側電極層３６および３８を形成して、
図６の（Ｄ）に示すような半導体レーザ素子を得ている
。

【０００８】このような半導体レーザ素子は、通常は、
一枚のウエハに多数個同時に設けた後、各素子毎に適当
に分離して、個別の半導体レーザ素子として機能する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来方法に従って形成された半導体レーザ素子は、２
回目の液相エピタキシャル成長の際の上側ブロック層３
２がメサストライプ部（以下、単にメサ部とも称する。 ）２６の上面近傍では膜厚が著しく薄く、メサ部２６か
ら離れるに従って徐々にその厚みが増大する構造となっ
てしまう（例えば、文献ＩＩ：「１９８９年秋季応用物
理学会講演予稿集、９６０頁（３０ｐ−ＺＧ−１７」お
よび文献ＩＩＩ：「１９８９年春季応用物理学会講演予
稿集、９６０頁（４ｐ−ＺＧ−１５」参照）。そのため
、メサ部２６の近傍での電流ブロックの効果が減少する
と共に、メサ部２６の脇を流れてしまうリーク電流Ｉｒ
を十分に抑えることが出来ず、従って、電流閾値が高く
なり、また、高注入電流領域での光出力の直線性が得ら
れなかった。

【００１０】また、メサ部をウエットエッチングで形成
しているので、大面積ウエハに多数のレーザ素子を作り
込んだ場合には、全ての素子の特性を均一にすることが
むずかしかった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、上述した従
来の問題点を解決を図ろうとして成されたものであり、
従って、この発明の目的は、メサ部近傍において電流ブ
ロック効果が大となる構造の半導体レーザ素子を製造す
る方法を提供することにある。

【００１２】この目的の達成を図るため、この発明の製
造方法によれば、基板上に予備下側クラッド層、予備活
性層および予備上側クラッド層を有するダブルヘテロ構
造を形成する工程と、該予備上側クラッド層上に第一お
よび第二マスク層からなる２層マスクパターンを形成す
る工程と、該２層マスクパターンをマスクとして用いて
ダブルヘテロ構造のメサストライプ部をエッチング形成
する工程と、前記第一マスク層の両端部分をサイドエッ
チングし、よって前記メサストライプ部の表面のメサ幅
方向の両端部分をストライプ方向にわたり露出させる残
存マスク層を形成する工程と、前記第二マスク層を除去
する工程と、該第二マスク層の除去により得られた構造
体の、前記残存マスク層の上側を除いた全面に電流ブロ
ック層を形成する工程と、前記残存マスク層を除去した
後、得られた構造体の表面を平坦化する工程とを含むこ
とを特徴とする。

【００１３】また、この発明の実施に当り、好ましくは
、第一マスク層を酸化珪素層とし、および第二マスク層
をハードベークフォトレジスト（ＨＢ−ＰＲ）層または
窒化珪素層とするのが良い。

【００１４】

【作用】上述したこの発明の方法によれば、第一および
第二マスク層からなる２層マスクパターンをマスクとし
て用いてメサストライプ部を形成する。その後、第一マ
スク層の両端部分をサイドエッチングし、これによって
メサストライプ部の表面のメサ幅方向の両端部分をスト
ライプ方向にわたり露出させ、この露出表面を被覆しか
つメサストライプ部を埋込むようにして電流ブロック層
を形成する。従って、メサ部近傍においても、膜厚の厚
い電流ブロック層を形成することが出来、このメサ部の
脇を流れるリーク電流を従来よりも著しく低減出来る。

【００１５】また、メサ部形成のためのエッチングをド
ライエッチングで行えば、大面積のウエハであっても各
素子毎のエッチングパターンを均一に出来るので、素子
特性も均一となる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
つき説明する。尚、図は、この発明を理解出来る程度に
各構成成分の形状、寸法および配置関係を概略的に示し
てあるにすぎないので、この発明は図に示す構成例にの
み限定されるものではない。また、以下説明する実施例
は、単なる好適例であり、従って、種々の条件は以下説
明する実施例にのみ限定されるものではない。

【００１７】図１の（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の特徴
を説明するための工程図であり、図２の（Ａ）〜（Ｄ）
および図３の（Ａ）〜（Ｃ）はこの発明の一実施例の工
程図である。各図は主要工程段階で得られた構造体の断
面で示してある。尚、図１の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ
）は図２の（Ｃ）、（Ｄ）および図３の（Ｂ）にそれぞ
れ対応する図である。

【００１８】まず、基板（ウエハともいう。）１００と
して例えばｎ型ＩｎＰ基板を用い、その（１００）主表
面上に予備下側クラッド層１０２、予備活性層１０４お
よび予備上側クラッド層１０６を有するダブルヘテロ（
ＤＨ）構造１０８を形成した後、この予備上側クラッド
層１０６上に予備第一マスク層１１０および予備第二マ
スク層１１２を形成する。この場合、予備下側クラッド
層１０２をｎ−ＩｎＰ層とし、予備活性層１０４をＩｎ
ＧａＡｓＰ層としおよび予備上側クラッド層１０６をｐ
−ＩｎＰ層として、例えば液相エピタキシャル成長技術
を利用して、設計に応じた適当な膜厚にそれぞれ成膜す
る。また、予備第一マスク層１１０を酸化珪素（ＳｉＯ
Ｘ：但しｘは組成比を表わす数で１≦ｘ≦２）層として
、好ましくは、１０００〜２０００オングストローム（
以下、Ａ°で表わす。）の範囲内の適当な膜厚とする。 また、予備第二マスク層１１２は、ガラス転移を生ずる
温度以上でベーキングして得られるハードベークフォト
レジスト（以下、ＨＢ−ＰＲと称する。）を少なくとも
０．５μｍ以上の膜厚で成膜するか、或いは、膜厚は特
に問わないが、窒化珪素（ＳｉＮＸ：但しｘは組成比を
表わす数で１≦ｘ）層を成膜する。

【００１９】次に、通常のフォトリソエッチング技術を
用いて、ストライプ方向が基板１００の結晶の＜０１１
＞方向となるようにマスクパターン１１４を形成する。 このようにして得られた構造体を図２の（Ｂ）に示す。 図中、２層マスクパターン１１４を構成する、残存した
予備第一および第二マスク層部分からそれぞれ形成され
ている第一および第二マスク層を１１０ａおよび１１２
ａで示す。

【００２０】然る後、この２層マスクパターン１１４を
マスクとして用いて、好ましくは、ウエットエッチング
を行い、ダブルヘテロ構造（ＤＨ）のメサストライプ部
（メサ部とも称する。）１２０を形成して、図２の（Ｃ
）従って図１の（Ａ）に示す構造体を得る。このとき用
いるエッチング液は、好ましくは、従来と同様なブロム
メタノール系混合液とするのが良い。その結果、メサ部
１２０はいわゆる逆メサ形状となっている。図中、メサ
部１２０を構成する予備下側クラッド層、予備活性層お
よび予備上側クラッド層の残存部分が、それぞれ、下側
クラッド層、活性層および上側クラッド層１０２ａ，１
０４ａおよび１０６ａとなる。また、メサ部１２０を構
成していない残存下側クラッド層部分（これも下側クラ
ッド層を構成する部分である。）を１０２ｂで示してあ
る。このエッチングにより、好ましくは、メサ幅（活性
層１０４ａの幅）が１．０〜１．５μｍ程度の範囲内の
値となるようにし、また、上側クラッド層１０４ａの表
面からの深さが１．５〜２．０μｍ程度の範囲内の値と
なるようにするのが良い。

【００２１】次に、第一マスク層１１０ａの両端部分を
サイドエッチングし、よってメサストライプ部１２０の
メサ幅方向の両端部の表面部分１２０ａをストライプ方
向にわたり露出させる残存マスク層１２２を形成して、
図２の（Ｄ）従って図１の（Ｂ）に示す構造体を得る。 この実施例では、このエッチングを、純水で適度に希釈
したフッ酸（ＨＦ）で、数秒間行う。そうすると、第一
および第二マスク層１１０ａおよび１１２ａのエッチン
グ速度差により、第一マスク層が速くサイドエッチング
される。メサ部１２０のメサ幅を上述したように１．０
〜１．５μｍとする場合には、好ましくは、メサ部１２
０の両肩から０．２〜０．３μｍ程度メサ幅方向に沿っ
て内側に、第一マスク層１１０ａをエッチングするのが
良い。

【００２２】次に、第二マスク層１１２ａを従来通常の
方法で除去して図３の（Ａ）に示す構造体を得る。

【００２３】次に、第二マスク層１１２ａの除去により
得られた構造体の、残存マスク層１２２の上面を除いた
全面に、液相エピタキシャル成長技術を用いて、電流ブ
ロック層１３０を形成し、図３の（Ｂ）従って図１の（
Ｃ）に示すような構造体を得る。この電流ブロック層１
３０を形成するため、先ず、第一ブロック層１２６とし
てｐ−ＩｎＰ層を成長させ、続けて第二ブロック層１２
８としてｎ−ＩｎＰ層を成長させて、この両者を以って
電流ブロック層１３０を構成する。この時、残存マスク
層１２２の側部のメサ部１２０の露出上面１２０ａ上に
第一ブロック層１２６が成長しないようにするため、こ
のブロック層１２６の厚みが、メサ部１２０の下側クラ
ッド層の残部１０２ｂの平坦面から最大でもメサ部１２
０の上面までとなるように、この第一ブロック層１２６
の成長時間をコントロールすれば良い。然る後、第二ブ
ロック層１２８を成長させれば、この層１２８は残存マ
スク層１２２の両側のメサ部１２０の露出面１２０ａお
よび第一ブロック層１２６上に、成長させることが出来
る。この第二ブロック層１２８の膜厚はその成長時間を
コントロールすれば良い。

【００２４】次に、残存マスク層１２２を、適当な従来
技術を用いて、除去する。この除去によりメサ部１２０
の上面に形成される開口（窓）１２４の幅はメサ幅より
も狭い。尚、図中、この残存マスク層１２２の除去によ
り露出したメサ部１２０の露出面を１２０ｂで示してあ
る。従って、この窓１２４の両側の第二ブロック層１２
８の壁の厚みは従来のブロック層に比べて著しく厚くな
っている。この残存マスク層１２２を除去した後、例え
ば液相エピタキシャル成長技術を用いて、ｐ−ＩｎＰ埋
込み層１３２、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層１３４を
形成して表面を平坦化する。その後、通常の方法を用い
て、上側電極層１３６および下側電極層１３８をそれぞ
れ形成して、図３の（Ｃ）に示すような半導体レーザ素
子を完成する。

【００２５】図４はこの発明の方法の変形例に従って作
成した半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。同
図において、機能の同一の構成成分については同一の符
号を付して示してある。この実施例では、図２の（Ａ）
および（Ｂ）の工程と同様にして２層マスクパターン１
１４を形成した後、メサ部１２０の形成をウエットエッ
チングではなくドライエッチングを用いて行う。例えば
、メサ部１２０の側壁への付着酸化物が少ない、好まし
くは、アルゴン（Ａｒ）＋塩素（Ｃｌ）系ガスを用いた
リアクティブイオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）法を
用いて行うのが良い。このドライエッチング処理で形成
したメサ部１２０の側壁は、実質的に垂直メサ形状とな
る（図４に示す構造体）。また、ＲＩＢＥ法を用いると
、付着物がメサ部側壁に存在するが、サイドエッチング
の時のフッ酸処理によってこれらの付着物が除去される
。また、ドライエッチングであると、大面積のウエハで
あっても、各素子形成領域に対して実質的に同一のエッ
チングプロファイルを得ることが出来るので、同一のウ
エハを用いて形成された各素子の特性が均一となるとい
うメリットがある。

【００２６】図５は、この発明の方法に従って作成した
半導体レーザ素子と従来構造の半導体レーザ素子との光
出力−注入電流特性の実験結果を示す図で、縦軸に光出
力をｍＷ単位で示してあり、横軸に注入電流をｍＡ単位
で示してある。図中、実線Ｉがこの発明に従って得られ
た構造の半導体レーザ素子の特性を示し、実線ＩＩは図
２の（Ｄ）図に示すような第一マスク層１１０ａにサイ
ドエッチングを行わないで、逆メサ形状のメサ部を形成
して、電流ブロック層（図６の３２で示す電流ブロック
層に対応する）をメサ部近傍で肉薄とした、従来構造の
半導体レーザ素子の特性を示している。

【００２７】図５に示す実線Ｉからも理解出来るように
、光出力は注入電流１０ｍＡ以下で発生し始め、４００
ｍＡ程度で１００ｍＷ以上の出力となり、その間の直線
性が優れていることがわかる。一方、実線ＩＩから理解
出来るように、光出力の発生は注入電流が１０ｍＡ以上
となってからであり、また、４００ｍＡ程度の注入電流
であても７０〜８０ｍＷ程度の出力しか得られず、さら
に、注入電流に対しての光出力の直線性が、この発明に
係るレーザ素子の場合に比べて遥に劣っていることがわ
かる。

【００２８】この発明は、上述した実施例にのみ限定さ
れるものではなく、多くの変形または変更を行うことが
出来る。例えば、上述したウエットエッチングは二およ
び四元系半導体材料のエッチングに適用できるブロムメ
タノール系混合液を用いた例につき説明したが、四元系
材料に対してはブロムメタノール系混合液を用いおよび
二元系材料に対しては塩酸系混合液を用いて、メサ部形
成のエッチングを行っても良い。この場合、図には示し
てないが、メサ形状は垂直、或いは、順メサ形状となる
。

【００２９】また、上述した実施例ではＩｎＰ系のレー
ザ素子につき説明したが、この発明はＧａＡｓ系のレー
ザ素子にも適用出来ること明らかである。

【００３０】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の半導体素子の製造方法によれば、２層マスクパ
ターンをマスクとして用いてメサストライプ部を形成し
た後、予備第一マスク層をサイドエッチングしてメサス
トライプ部の上面にメサ幅方向の幅よりも狭い第一マス
クを形成し、然る後、この第一マスクを利用して電流ブ
ロック層を形成するので、メサストライプ部の上部近傍
の電流ブロック層を厚く形成出来、従って、メサストラ
イプ部の脇を流れるリーク電流を著しく低減出来る。

【００３１】従って、この発明に従って形成した半導体
レーザ素子は、従来よりも低閾値電流で動作し、しかも
、高注入電流領域においても光出力の直線性が従来より
も各段に優れている。

【００３２】また、メサストライプ部をウエットエッチ
ングを用いて形成する場合には、メサストライプ部に不
所望な酸化物等の付着が無いので、また、ドライエッチ
ングを用いて形成する場合でも、その後のフッ酸処理で
付着酸化物の除去を行っているので、素子特性の優れた
半導体レーザ素子を製造することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の半導体レーザ素
子の製造方法の特徴を説明するための工程図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は、この発明の半導体レーザ素
子の製造方法の実施例の前半の工程の説明に供する工程
図であるである。

【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の半導体レーザ素
子の製造方法の実施例の後半の工程の説明に供する工程
図である。

【図４】この発明の変形例の説明に供する半導体レーザ
素子の断面図である。

【図５】この発明に従って製造された半導体レーザ素子
と従来構成の半導体レーザ素子との光出力−注入電流特
性を説明するための図である。

【図６】（Ａ）〜（Ｄ）は、従来の半導体レーザ素子の
製造方法の工程の説明に供する工程図である。

【符号の説明】

１００：基板 １０２：予備下側クラッド層 １０２ａ，１０２ｂ：下側クラッド層 １０４：予備活性層 １０４ａ：活性層 １０６：予備上側クラッド層 １０６ａ：上側クラッド層 １０８：ＤＨ構造 １１０：予備第一マスク層 １１０ａ：第一マスク層 １１２：予備第二マスク層 １１２ａ：第二マスク層 １１４：２層マスクパターン １２０：メサストライプ部（メサ部） １２０ａ：メサ部の露出面 １２２：残存マスク層 １２４：窓 １２６：第一ブロック層 １２８：第二ブロック層 １３０：電流ブロック層 １３２：埋込み層 １３４：キャップ層 １３６：上側電極層 １３８：下側電極層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電流ブロック層を有する埋込みダブル
   ヘテロ構造の半導体レーザを製造する方法において、基
   板上に予備下側クラッド層、予備活性層および予備上側
   クラッド層を形成する工程と、該予備上側クラッド層上
   に第一および第二マスク層からなる２層マスクパターン
   を形成する工程と、該２層マスクパターンをマスクとし
   て用いてダブルヘテロ構造のメサストライプ部をエッチ
   ング形成する工程と、前記第一マスク層の両端部分をサ
   イドエッチングし、よって前記メサストライプ部の表面
   のメサ幅方向の両端部分をストライプ方向にわたり露出
   させる残存マスク層を形成する工程と前記第二マスク層
   を除去する工程と、該第二マスク層の除去により得られ
   た構造体の、前記残存マスク層の上側を除いた全面に電
   流ブロック層を形成する工程と、前記残存マスク層を除
   去した後、得られた構造体の表面を平坦化する工程とを
   含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載の第一マスク層を酸化
   珪素層とし、および第二マスク層をハードベークフォト
   レジスト（ＨＢ−ＰＲ）層または窒化珪素層とすること
   を特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。