JP2001168467A

JP2001168467A - 半導体レーザの製造方法

Info

Publication number: JP2001168467A
Application number: JP35415799A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Okunuki; 雄一郎奥貫
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2001-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】フォトレジストとメサとの密着性を向上し、メ
サ頂部の第二成長阻止マスクの浸蝕・消失を防止して歩
留まりよく、且つ、特性の揃った半導体レーザを製造す
る。【解決手段】誘電体からなる一対の第一成長阻止マスク
の間に選択成長により活性層を含むメサを形成した後、
メサ頂部に第二成長阻止マスクを形成して電流ブロック
層を成長し、さらに、第二成長阻止マスク除去後、メサ
及び電流ブロック層上にクラッド層およびコンタクト層
を成長して半導体レーザを製造する方法において、第一
成長阻止マスクを除去した後に第二成長阻止マスクとな
る誘電体膜を半導体基板全面に形成する工程を含むこと
を特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザの製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】狭幅選択ＭＯＶＰＥ成長を用いて導波路
メサを直接形成する「全ＭＯＶＰＥ選択成長型半導体レ
ーザ」は、導波路メサを形成する際に、制御性に難のあ
る半導体のウェットエッチングを用いる必要がないこと
から、非常に高均一な特性が得られることが知られてお
り、「１９９６年電子情報通信学会総合大会ＳＣ−２−
２」において優れた特性と均一性が報告されている。こ
の「全ＭＯＶＰＥ選択成長型半導体レーザ」の製造方法
については特開平８−３３０６６５号公報に詳しく述べ
られており、この製造方法について、図７に基いて簡単
に説明する。

【０００３】ｎ型ＩｎＰ（１００）面基板１０１上に、
＜０１１＞方向に延在するストライプ状のＳｉＯ₂膜か
らなる一対の第一成長阻止マスク１０２を形成する（図
７（ａ））。第一成長阻止マスク１０２の幅Ｗは５μ
ｍ、マスク間の間隔（開口幅ｄ）は１．５μｍである。
次に、選択ＭＯＶＰＥ成長によりｎ型ＩｎＰクラッド層
１０３（層厚１００ｎｍ）、多重量子井戸活性層を含む
ＩｎＧａＡｓＰ導波路層１０４（層厚２００ｎｍ）、第
一ｐ型ＩｎＰクラッド層１０５（層厚１５０ｎｍ）から
成るメサ１０６を形成する（図７（ｂ））。なお、ここ
での層厚は、第一成長阻止マスク１０２の開口部１０２
ａにおける層厚である。したがって、活性層を含むメサ
１０６の高さは４５０ｎｍである。次に、ウェハ全面に
熱ＣＶＤによりＳｉＯ₂膜１０７（膜厚４００ｎｍ）を
形成する（図７（ｃ））。続いて、Ａｒなどの不活性ガ
スイオンを用いたイオンミリングを行い、メサ１０６斜
面のＳｉＯ₂膜を除去する（図７（ｄ））。次に、フォ
トリソグラフィによりメサ１０６を含む部分を幅５μｍ
のフォトレジスト１０８で覆い（図７（ｅ））、バッフ
ァードフッ酸でエッチングすると、サイドエッチングに
より、図７（ｆ）に示すように、メサ１０６の頂部にの
みＳｉＯ₂膜１０７が残る。フォトレジスト１０８を除
去した後、メサ頂部のＳｉＯ₂膜を第二成長阻止マスク
１０９として選択ＭＯＶＰＥ成長によりｐ型ＩｎＰ電流
ブロック層１１０、ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層１１１を
順次形成し（図７（ｇ））、さらにバッファードフッ酸
で第二成長阻止マスク１０９を除去した後、第二ｐ型Ｉ
ｎＰクラッド層１１２、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
１１３を順次形成する（図７（ｈ））。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の方法により作製
した半導体レーザは優れた特性と均一性を有する。しか
し、サイドエッチングによりＳｉＯ₂膜を除去する工程
（図７（ｅ）〜（ｆ））において、フォトレジスト１０
８とメサ１０６との密着性が十分でないと、バッファー
ドフッ酸はメサ斜面からメサ１０６の頂部にまで浸入し
てしまい、メサ頂部のＳｉＯ₂膜、則ち、第二成長阻止
マスク１０９が消失或いは浸蝕されてしまうという問題
があった。上記の例の場合においても、工程変動により
フォトレジスト１０８とメサ１０６との密着性は変動
し、バッファードフッ酸がメサ頂部に浸入するケースが
起こりうる。このような場合、メサ頂部のＳｉＯ₂膜、
則ち、第二成長阻止マスク１０９が消失してしまい、メ
サ１０６の両側に電流ブロック層１１０、１１１を形成
できないという問題が生じていた。また、フォトレジス
ト１０８とメサ１０６との密着性は両者の密着面積が小
さいほど劣ることから、素子の設計上、メサ１０６の高
さを低くする必要がある場合、あるいは、共振器方向で
メサ１０６の高さが変化しメサ高さが低い部分が存在す
るような場合には、フォトレジスト１０８とメサ１０６
との密着面積が小さいため、この問題がより顕著であっ
た。

【０００５】本発明の目的は、上記の問題点を解決し、
フォトレジストとメサとの密着性を向上し、第二成長阻
止マスクの消失や浸蝕を防止して工程能力向上を図り、
安定生産が可能な半導体レーザの製造方法を提供するこ
とである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体レー
ザの製造方法は、第１導電型半導体基板上にストライプ
状の開口を有する第一成長阻止マスクを形成する工程
と、前記第一成長阻止マスクの開口部に、発光に与る活
性層を含む多層構造から成るストライプ状のメサを選択
成長により形成する工程と、前記第一成長阻止マスクを
除去する工程と、誘電体膜を前記メサを覆って前記半導
体基板全面に形成する工程と、前記誘電体膜を前記メサ
頂部のみに残す工程と、前記メサ頂部に残された誘電体
膜を第二成長阻止マスクとして、選択成長により前記メ
サ両脇に第２導電型電流ブロック層、第１導電型電流ブ
ロック層を順次積層した電流ブロック層、或いは、高抵
抗半導体層又は半絶縁性半導体層で成る電流ブロック層
を成長する工程と、前記第二成長阻止マスクを除去する
工程と、前記メサ上及び前記電流ブロック上に第２導電
型のクラッド層及びコンタクト層を順次成長する工程と
を有することを特徴としている。

【０００７】スポットサイズ変換器を集積化した本発明
の半導体レーザの製造方法は、第１導電型半導体基板上
に一定幅のストライプ状の開口を有し、且つ、幅が一定
の部分と幅が端部近づくにつれて次第に狹くなるテーパ
ー状の部分とから成る第一成長阻止マスクを形成する工
程と、前記第一成長阻止マスクの開口部に、発光に与る
活性層を含む多層構造から成るストライプ状のメサを選
択成長により形成する工程と、前記第一成長阻止マスク
を除去する工程と、誘電体膜を前記メサを覆って前記半
導体基板全面に形成する工程と、前記誘電体膜を前記メ
サ頂部のみに残す工程と、前記メサ頂部に残された誘電
体膜を第二成長阻止マスクとして、選択成長により前記
メサ両脇に第２導電型電流ブロック層、第１導電型電流
ブロック層を順次積層した電流ブロック層、或いは、高
抵抗半導体層又は半絶縁性半導体層で成る電流ブロック
層を成長する工程と、前記第二成長阻止マスクを除去す
る工程と、前記メサ上及び前記電流ブロック上に第２導
電型のクラッド層及びコンタクト層を順次成長する工程
とを有することを特徴としており、テーパー状第一成長
阻止マスクの開口部に形成された部分がスポットサイズ
変換器になる。

【０００８】この、スポットサイズ変換器集積化半導体
レーザの製造方法において、第２導電型のクラッド層に
キャリア濃度の異なる領域を形成する工程を設け、スポ
ットサイズ変換部のキャリア濃度をレーザ部のキャリア
濃度よりも低く形成すると、レーザ部の素子抵抗を損な
わずにスポットサイズ変換部での価電子帯間吸収による
レーザ光の吸収を抑制でき、スロープ効率に優れ、閾値
電流の低い半導体レーザが得られる。

【０００９】本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方
法は、第１導電型半導体基板上にストライプ状の開口を
有する第一成長阻止マスクを形成する工程と、前記第一
成長阻止マスクの開口部に、発光に与る活性層を含む多
層構造から成るストライプ状のメサを選択成長により形
成する工程と、前記第一成長阻止マスクを除去する工程
と、誘電体膜を前記メサを覆って前記半導体基板全面に
形成する工程と、前記誘電体膜を前記メサ頂部のみに残
す工程と、前記メサ頂部に残された誘電体膜を第二成長
阻止マスクとして、選択成長により前記メサ両脇に第２
導電型電流ブロック層、第１導電型電流ブロック層を順
次積層した電流ブロック層、或いは、高抵抗半導体層又
は半絶縁性半導体層で成る電流ブロック層を成長する工
程と、前記第二成長阻止マスクを除去する工程と、少な
くとも前記メサ上部に回折格子を形成する工程と、前記
回折格子が形成されたメサ上及び前記電流ブロック上に
第２導電型のクラッド層及びコンタクト層を順次成長す
る工程とを有することを特徴としている。

【００１０】上記製造方法において、誘電体膜は熱ＣＶ
Ｄ、プラズマＣＶＤ、ＥＣＲプラズマＣＶＤ、バイアス
スパッタ、ＥＣＲスパッタの何れかの方法で形成するこ
とを特徴としている。このような方法で誘電体膜を形成
すると、メサ側壁部（メサ斜面）における誘電体膜のエ
ッチング速度がメサ頂部の誘電体膜エッチング速度より
も速いため、エッチング時のプロセスマージンが大き
く、メサ斜面の誘電体膜を完全にエッチング・除去して
も、メサ頂部に誘電体膜を確実に残すことができる。

【００１１】誘電体膜をメサ頂部のみに残す工程は、誘
電体膜をイオンミリングによりエッチングしてメサ斜面
の誘電体膜の厚さを薄くした後、バッファードフッ酸に
よりメサ斜面の誘電体膜を除去し、メサ頂部及びメサの
両脇の平坦部に誘電体膜を残す工程と、前記メサをフォ
トレジストで覆い、前記メサ両脇の平坦部の誘電体膜を
エッチングする工程とを有することを特徴としている。
或いは、誘電体膜をバッファードフッ酸によりエッチン
グしてメサ斜面の誘電体膜を除去し、メサ頂部及びメサ
の両脇の平坦部に誘電体膜を残す工程と、前記メサをフ
ォトレジストで覆い、前記メサ両脇の平坦部の誘電体膜
をエッチングする工程とを有することを特徴としてい
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】（第一の実施の形態）第一の実施
の形態として、１．３μｍ帯全選択ＭＯＶＰＥ成長型半
導体レーザの例を図１を用いて説明する。なお、図１
（ｂ）〜（ｈ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ’断面を表
している。切断面を示すハッチングは省略してある。

【００１３】ｎ型ＩｎＰ基板１（１００）面上に、＜０
１１＞方向に延在するストライプ状のＳｉＯ₂膜からな
る一対の第一成長阻止マスク２（マスク幅Ｗ５μｍ、開
口幅ｄ１．５μｍ、厚さ１００ｎｍ）を形成する（図１
（ａ））。次に、選択ＭＯＶＰＥ成長により、ｎ型Ｉｎ
Ｐクラッド層３（層厚１００ｎｍ、キャリア濃度１×１
０¹⁸ｃｍ^-3）、ＩｎＧａＡｓＰガイド層（層厚６０ｎ
ｍ、波長組成１１３０ｎｍ）とＩｎＧａＡｓＰ障壁層
（層厚８ｎｍ、波長組成１１３０ｎｍ）とＩｎＧａＡｓ
Ｐ井戸層（層厚５ｎｍ、波長組成１２７０ｎｍ、圧縮歪
０．７％）からなる多重量子井戸活性層（井戸層数７）
とＩｎＧａＡｓＰガイド層（層厚６０ｎｍ、波長組成１
１３０ｎｍ）からなるＩｎＧａＡｓＰ導波路層４、第一
ｐ型ＩｎＰクラッド層５（層厚１５０ｎｍ、キャリア濃
度７×１０¹⁷ｃｍ^-3）から成るストライプ状のメサ６を
形成する（図１（ｂ））。なお、ここでの各半導体層の
層厚は、第一成長阻止マスク２の開口部における層厚で
ある。したがって、活性層を含むメサ６の高さは４５３
ｎｍである。

【００１４】次にバッファードフッ酸で第一成長阻止マ
スク２を除去し、ウェハ全面に熱ＣＶＤによりＳｉＯ₂
膜７（膜厚４００ｎｍ）を形成する（図１（ｃ））。続
いてＡｒなどの不活性ガスイオンを用いたイオンミリン
グを行い、メサ斜面のＳｉＯ ₂膜を薄くする。イオンミ
リングを行うと、メサ６斜面のＳｉＯ₂膜の方がメサ頂
部や平坦部のＳｉＯ₂膜と比較して速くエッチングさ
れ、メサ斜面のＳｉＯ₂膜がメサ頂部及びメサ両側の平
坦部のＳｉＯ₂膜７よりも薄くなる。次に、バッファー
ドフッ酸でメサ６斜面のＳｉＯ₂膜７を完全に取り除く
（図１（ｄ））。この時、メサ斜面のＳｉＯ₂膜は厚さ
がメサ頂部及びメサ両側の平坦部のＳｉＯ₂膜７よりも
薄いので、メサ頂部及びメサ両側の平坦部にＳｉＯ₂膜
７が残る。この後、フォトリソグラフィによりメサ６を
含む部分を幅５μｍのフォトレジスト８で覆い（図１
（ｅ））、バッファードフッ酸でエッチングすると、サ
イドエッチングにより図１（ｆ）に示すようにメサ頂部
にのみＳｉＯ₂膜７が残る。フォトレジスト８を除去し
た後、メサ頂部のＳｉＯ₂膜を第二成長阻止マスク９と
して選択ＭＯＶＰＥ成長により、ｐ型ＩｎＰ電流ブロッ
ク層１０（層厚０．６μｍ、キャリア濃度６×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3）、ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層１１（層厚０．６μ
ｍ、キャリア濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）をメサ６の両脇に
順次形成する（図１（ｇ））。この後、バッファードフ
ッ酸で第二成長阻止マスク９を除去した後、第二ｐ型Ｉ
ｎＰクラッド層１２（層厚３．５μｍ、キャリア濃度１
×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３
（層厚０．３μｍ、キャリア濃度１×１０ ¹⁹ｃｍ^-3）
を、ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層１１及びメサ６の上部に
順次形成する（図１（ｈ））。最後に、ｐ型ＩｎＧａＡ
ｓコンタクト層１３表面およびＩｎＰ基板裏面に金属電
極を形成し、劈開して半導体レーザとする。

【００１５】本実施の形態においては、図１（ｅ）と図
７（ｅ）の比較から明らかなように、第一成長阻止マス
ク２を除去した後でＳｉＯ₂膜７を形成しているから、
メサ６両側の平坦部のＳｉＯ₂膜の厚さは従来例よりも
薄くなり、フォトレジスト８とメサ６との密着面積が従
来例よりも大きい。そのため、工程変動により両者の密
着性が変動したとしても、両者の密着面積が大きいため
エッチャントであるバッファードフッ酸がメサ頂部へと
浸入しにくく、メサ頂部のＳｉＯ₂膜の消失が防止で
き、工程能力が向上し安定生産が可能となる。（第二の実施の形態）第二の実施の形態として、ファイ
バアンプ励起用１．４８μｍ帯全選択ＭＯＶＰＥ成長型
高出力半導体レーザの例を、第一の実施の形態と同様
に、図１を用いて説明する。このような高出力半導体レ
ーザにおいては、１９９９年ＯｐｔｉｃａｌＡｍｐ
ｌｉｆｉｅｒｓａｎｄｔｈｅｉｒＡｐｐｌｉｃａ
ｔｉｏｎｓのＴｈＤ１１−１に示されているように、レ
ーザ共振器の内部損失を最小限に抑えることが必要であ
る。そのため多重量子井戸活性層の井戸層数を少なく
し、また光閉じ込めを弱くするため導波路層厚を薄くす
ることが有効である。以下に素子の製造方法を示す。

【００１６】ｎ型ＩｎＰ基板１（１００）面上に、＜０
１１＞方向に延在するストライプ状のＳｉＯ₂膜からな
る一対の第一成長阻止マスク２（幅５μｍ、開口幅３μ
ｍ、厚さ１００ｎｍ）を形成する（図１（ａ））。次
に、選択ＭＯＶＰＥ成長によりｎ型ＩｎＰクラッド層３
（層厚１００ｎｍ、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）、
ＩｎＧａＡｓＰガイド層（層厚３３ｎｍ、波長組成１１
３０ｎｍ）とＩｎＧａＡｓＰ障壁層（層厚７ｎｍ、波長
組成１２００ｎｍ）とＩｎＧａＡｓＰ井戸層（層厚４ｎ
ｍ、波長組成１４５０ｎｍ、圧縮歪１％）からなる多重
量子井戸活性層（井戸層数３）とＩｎＧａＡｓＰガイド
層（層厚３３ｎｍ、波長組成１１３０ｎｍ）からなるＩ
ｎＧａＡｓＰ導波路層４、第一ｐ型ＩｎＰクラッド層５
（層厚１５０ｎｍ、キャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）か
らなるストライプ状のメサ６を形成する（図１
（ｂ））。なお、ここでの層厚は、第一成長阻止マスク
２の開口部における層厚である。したがって、活性層を
含むメサ６の高さは３４２ｎｍである。

【００１７】次に、バッファードフッ酸で第一成長阻止
マスク２を除去し、ウェハ全面に熱ＣＶＤによりＳｉＯ
₂膜７（膜厚４００ｎｍ）を形成する（図１（ｃ））。
続いて、Ａｒなどの不活性ガスイオンを用いたイオンミ
リングを行い、メサ６斜面のＳｉＯ₂膜の膜厚をメサ頂
部や平坦部のＳｉＯ₂膜の膜厚よりも薄くする。次に、
バッファードフッ酸でメサ６斜面のＳｉＯ₂膜を完全に
取り除いた後（図１（ｄ））、フォトリソグラフィによ
りメサ６を含む部分を幅５μｍのフォトレジスト８で覆
い（図１（ｅ））、バッファードフッ酸でエッチングす
る。このとき、フォトレジスト８が一部平坦面のＳｉＯ
₂膜を覆っているが、サイドエッチングにより除去さ
れ、図１（ｆ）に示すように、メサ頂部にのみＳｉＯ₂
膜７が残る。フォトレジスト８を除去した後、メサ頂部
のＳｉＯ₂膜を第二成長阻止マスク９として選択ＭＯＶ
ＰＥ成長によりｐ型ＩｎＰ電流ブロック層１０（層厚
０．６μｍ、キャリア濃度６×１０¹⁷ｃｍ^-3）、ｎ型Ｉ
ｎＰ電流ブロック層１１（層厚０．６μｍ、キャリア濃
度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）をメサ６の両側に順次形成した後
（図１（ｇ））、バッファードフッ酸で第二成長阻止マ
スク９を除去し、第二ｐ型ＩｎＰクラッド層１２（層厚
３．５μｍ、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓコンタクト層１３（層厚０．３μｍ、キャリ
ア濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3）をｎ型ＩｎＰ電流ブロック層
１１及びメサ６の上部に順次形成する（図１（ｈ））。
その後、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３の表面およ
びＩｎＰ基板の裏面に金属電極を形成し、劈開して半導
体レーザとする。

【００１８】本実施の形態も、第一の実施の形態と同
様、従来例よりもフォトレジスト８とメサ６との密着面
積が大きい。そのため、工程変動により両者の密着性が
変動したとしても密着面積が大きいためエッチャントで
あるバッファードフッ酸がメサ頂部へと浸入しにくく、
メサ頂部のＳｉＯ₂膜の消失が防止でき、工程能力が向
上し安定生産が可能となる。特に、第一の実施の形態と
比較してメサ６の高さが低いことから、その効果は第一
の実施の形態の場合よりも大きい。（第三の実施の形態）第三の実施の形態として、図２
（ａ）、（ｂ）に示すスポットサイズ変換器集積型半導
体レーザの例について説明する。なお、図２（ｂ）は
（ａ）のＡＡ´における断面図である。

【００１９】スポットサイズ変換器集積型半導体レーザ
は、特願平１０−２７１０２０号にも記載されてるよう
に、レーザ発振の生じるレーザ部３０とスポットサイズ
を変換するスポットサイズ変換部３１からなり、導波路
層厚はレーザ部３０で一定、スポットサイズ変換部３１
では端面に向かうにつれて徐々に薄くなる構造となって
いる。これによりスポットサイズ変換部３１でレーザ光
３２のスポットサイズが拡大され、レンズなしで光ファ
イバに光を結合することが出来る。本実施の形態のスポ
ットサイズ変換器集積型半導体レーザは、レーザ部３０
でのメサ高さは４９６ｎｍであり、スポットサイズ変換
部３１では導波路層厚と同時にメサ高さも減少し、光の
出射端ではレーザ部の約１／３である１７０ｎｍとなっ
ている。以下、図３に基づいて製造手順を説明する。

【００２０】先ず、第一の実施の形態と同様に、熱ＣＶ
Ｄによりｎ型ＩｎＰ（１００）面基板１の表面にＳｉＯ
₂膜を堆積した後、フォトリソグラフィとエッチングに
より、＜０１１＞方向に走行するストライプ状のＳｉＯ
₂膜から成る一対の第一成長阻止マスク２を形成する。
第一成長阻止マスク２の幅は、レーザ部では一定（５０
μｍ）で、スポットサイズ変換部ではレーザ部との境か
ら端面に向かって徐々に狹くなっている（端面での幅は
５μｍ）。また、第一成長阻止マスク２の長さはレーザ
部が３００μｍ、スポットサイズ変換部が２００μｍで
ある。開口幅はレーザ部、スポットサイズ変換部とも一
定で、１．５μｍである。

【００２１】第一成長阻止マスク２を形成したＩｎＰ基
板上に、選択ＭＯＶＰＥ成長により、ｎ型ＩｎＰクラッ
ド層３（層厚１００ｎｍ、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ
^-3）、導波路層４、ｐ型ＩｎＰクラッド層５（層厚２０
０ｎｍ、キャリア濃度７×１０¹⁷ｃｍ^-3）を順次積層
し、開口部に活性領域となるメサ６を形成する（図３
（ａ））。ここで、導波路層４は、ＩｎＧａＡｓＰガイ
ド層（層厚６０ｎｍ、波長組成１１３０ｎｍ）、ＩｎＧ
ａＡｓＰ井戸層（層厚６ｎｍ、波長組成１２７０ｎｍ、
歪量０．７％）とＩｎＧａＡｓＰ障壁層（層厚１０ｎ
ｍ、波長組成１１３０ｎｍ）から成る多重量子井戸活性
層（井戸層の層数６）、ＩｎＧａＡｓＰガイド層（層厚
６０ｎｍ、波長組成１１３０ｎｍ）を順次積層した構造
である。なお、各半導体層の層厚、波長組成、歪量は何
れもレーザ部における値である。

【００２２】ＭＯＶＰＥでは、一対のＳｉＯ₂膜に挾ま
れた領域は、ＳｉＯ₂膜の幅により成長速度が異なり、
ＳｉＯ₂膜の幅が狹いほど、ＳｉＯ₂膜に挾まれた領域に
成長した半導体層は層厚が薄く、四元半導体層の組成は
短波長化する。このため、ＳｉＯ₂膜が徐々に狹くなっ
ているスポットサイズ変換部の半導体層は、レーザ部と
の接続部から端面に向かって徐々に薄くなるテーパ状に
なり、導波路層４はレーザ部の導波路層よりも短波長の
組成となる。

【００２３】メサ６を形成した図３（ａ）のレーザ部の
断面（Ａ−Ａ’断面）は第一の実施の形態と同じである
から、図示を省略する。図示が必要である場合は図１を
参照する。スポットサイズ変換部（ＳＳＣ部）の断面
（Ｂ−Ｂ’断面）を図３（ｂ）〜（ｅ）に示す。以下、
図３（ｂ）〜（ｅ）を用いて引き続き本実施の形態を説
明する。

【００２４】ＩｎＰ基板上にメサ６を形成（図３
（ａ））した後、バッファードフッ酸で第一成長阻止マ
スク２を除去し、熱ＣＶＤにより全面にＳｉＯ₂膜７
（膜厚４００ｎｍ）を形成する（図３（ｂ））。続い
て、Ａｒなどの不活性ガスイオンを用いたイオンミリン
グを行い、メサ６斜面のＳｉＯ₂膜厚をメサ頂部や平坦
部のＳｉＯ₂膜厚に比べて薄くする。次に、バッファー
ドフッ酸でメサ６斜面のＳｉＯ₂膜を完全に取り除いた
後（図３（ｃ））、フォトリソグラフィによりメサ６を
含む部分を幅５μｍのフォトレジスト８で覆い（図３
（ｄ））、バッファードフッ酸でエッチングし、サイド
エッチングにより、図３（ｅ）に示すように、メサ頂部
にのみＳｉＯ₂膜７を残す。フォトレジスト８を除去し
た後、メサ頂部に残ったＳｉＯ₂膜を第二成長阻止マス
ク９として、第一の実施の形態と同様に、メサ６の両脇
にｐ型ＩｎＰ電流ブロック層１０（キャリア濃度６×１
０¹⁷ｃｍ^-3）、ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層１１（キャリ
ア濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）をメサ６の両側に順次形成し
た後、バッファードフッ酸で第二成長阻止マスク９を除
去し、第二ｐ型ＩｎＰクラッド層１２（レーザ部とスポ
ットサイズ変換部とでキャリア濃度が異なる）、ｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓコンタクト層１３（キャリア濃度１×１０¹⁹
ｃｍ ^-3）をｎ型ＩｎＰ電流ブロック層及びメサ６の上部
に順次形成する（図２（ａ））。その後、レーザ部メサ
直上部に開口を有するＳｉＯ₂膜１６をｐ型ＩｎＧａＡ
ｓコンタクト層上に形成し、この、開口を有するＳｉＯ
₂膜１６上およびＩｎＰ基板の裏面に金属電極１４、１
５を形成し、劈開して半導体レーザとした（図２
（ａ）、（ｂ））。この、スポットサイズ変換器を集積
した半導体レーザは、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１
３と電極１４の間に、レーザ部３０にストライプ状の開
口を有するＳｉＯ₂膜１６を設けてあり、レーザ部３０
のみに電流が流れ、スポットサイズ変換部３１には電流
が流れない構造になっている。

【００２５】本実施の形態では、第二ｐ型ＩｎＰクラッ
ド層のスポットサイズ変換部のキャリア濃度をレーザ部
のキャリア濃度よりも低くし（例えば、スポットサイズ
変換部は１×１０¹⁷ｃｍ^-3、レーザ部は１×１０¹⁸ｃｍ
^-3）、レーザ部の素子抵抗を損なわずにスポットサイズ
変換部での価電子帯間吸収によるレーザ光の吸収を抑制
する構造となっており、スロープ効率に優れ、閾値電流
の低い半導体レーザが得られる。この場合、キャリア濃
度１×１０¹⁷ｃｍ^-3の第二ｐ型ＩｎＰクラッド層１２を
形成し、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層を形成した後、
レーザ部３０のメサ直上部に開口を有するＳｉＯ₂膜を
ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層上に形成し、熱拡散或い
はイオン注入によりレーザ部３０のみにＺｎを導入して
Ｚｎ拡散領域１２ａを設け、レーザ部３０の第二ｐ型Ｉ
ｎＰクラッド層（少なくとも、第二ｐ型ＩｎＰクラッド
層のうちのメサ６上部のストライプ状領域（図２でハッ
チングを施した領域））のキャリア濃度を１×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3とする（Ｚｎ拡散領域はレーザ部の第二ｐ型ＩｎＰ
クラッド層全域に渡ってもよい）、或いは、レーザ部
（又はスポットサイズ変換部）の第二ｐ型ＩｎＰクラッ
ド層を成長・形成した後、スポットサイズ変換部（又は
レーザ部）の第二ｐ型ＩｎＰクラッド層を成長・形成す
る、又は、第二ｐ型ＩｎＰクラッド層、ｐ型ＩｎＧａＡ
ｓコンタクト層を形成した後、スポットサイズ変換部
（又はレーザ部）の第二ｐ型ＩｎＰクラッド層、ｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓコンタクト層をエッチングで取り除いた後、
第二ｐ型ＩｎＰクラッド層、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタク
ト層を除去したスポットサイズ変換部（又はレーザ部）
に、エッチングされずに残ったレーザ部（又はスポット
サイズ変換部）の第二ｐ型ＩｎＰクラッド層のキャリア
濃度と異なるキャリア濃度の第二ｐ型ＩｎＰクラッド層
とｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層を再度成長・形成する
ことで、レーザ部とスポットサイズ変換部とで互いにキ
ャリア濃度の異なる第二ｐ型ＩｎＰクラッド層が形成で
きる。上記３番目の方法でレーザ部とスポットサイズ変
換部とで互いにキャリア濃度の異なる第二ｐ型ＩｎＰク
ラッド層を形成する場合、第二ｐ型ＩｎＰクラッド層を
形成する前にＩｎＧａＡｓＰ等のエッチングストッパ層
を形成して、メサ及び電流ブロック層と第二ｐ型ＩｎＰ
クラッド層との間にエッチングストッパ層を設け、第二
ｐ型ＩｎＰクラッド層のエッチングの際にメサ及び電流
ブロック層がエッチングされるのを防止するのが望まし
い。

【００２６】本実施の形態では第二ｐ型ＩｎＰクラッド
層のスポットサイズ変換部のキャリア濃度をレーザ部の
キャリア濃度よりも低くしたが、第二ｐ型ＩｎＰクラッ
ド層のスポットサイズ変換部のキャリア濃度とレーザ部
のキャリア濃度を同じ（例えば、１×１０¹⁸ｃｍ^-3）に
してもよい。この場合は、第一の実施の形態と同じ工程
で第二ｐ型ＩｎＰクラッド層１２、ｐ型ＩｎＧａＡｓコ
ンタクト層１３を形成すればよい。

【００２７】スポットサイズ変換器を集積した半導体レ
ーザにおいては、メサ６の高さが共振器方向で変化し、
最もメサが低い部分でのメサ高さはわずか１７０ｎｍで
しかない。このようなメサ高さであっても、本実施の形
態は、第一の実施の形態と同様、従来に比べてフォトレ
ジスト８とメサ６との密着面積を十分大きくできるた
め、レジストとメサ斜面との密着性に優れ、メサの頂部
に第二成長阻止マスク９の消失を防止することが出来、
安定的に素子を製造することが出来る。（第四の実施の形態）第四の実施の形態として、レーザ
共振器中に回折格子を有する分布帰還型半導体レーザに
適用した例を示す。全選択ＭＯＶＰＥ成長型分布帰還型
半導体レーザの例としては特願平１１−２３９１１３号
にも記載されているように、メサ上部に回折格子を設け
たもの（図４、図５）、或いは、メサの下に回折格子を
設けたもの（図６）等がある。このような分布帰還型レ
ーザについても、第一の実施の形態と同様の手法により
同様の効果が得られる。なお、図５に示す分布帰還型半
導体レーザは、メサ６が、ｎ型ＩｎＰクラッド層３（層
厚１００ｎｍ、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）とＩｎ
ＧａＡｓＰ導波路層４との２層から成る例で、図４に示
す分布帰還型半導体レーザは、第一の実施の形態と同様
に、メサ６が、ｎ型ＩｎＰクラッド層３（層厚１００ｎ
ｍ、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）とＩｎＧａＡｓＰ
導波路層４と第一ｐ型クラッド層５（層厚１５０ｎｍ、
キャリア濃度７×１０¹⁷ｃｍ^-3）から成る例である。こ
こで、ＩｎＧａＡｓＰ導波路層４は、ＩｎＧａＡｓＰガ
イド層（層厚６０ｎｍ、波長組成１１３０ｎｍ）と、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ障壁層（層厚８ｎｍ、波長組成１１３０ｎ
ｍ）とＩｎＧａＡｓＰ井戸層（層厚５ｎｍ、波長組成１
２７０ｎｍ、圧縮歪０．７％）を有する多重量子井戸活
性層（井戸層数７）と、ＩｎＧａＡｓＰガイド層（層厚
６０ｎｍ、波長組成１１３０ｎｍ）とから構成されてい
る。

【００２８】メサ上部に回折格子を有する分布帰還型半
導体レーザを作製するには、先ず、第一の実施の形態と
同様の手順で、ＩｎＰ基板上に活性層を含むストライプ
状のメサ６及びｐ型ＩｎＰ電流ブロック層１０、ｎ型電
流ブロック層１１を形成する（図４（ａ）、図５
（ａ））。次いで、メサ６及びｎ型電流ブロック層１１
の表面にフォトレジストを塗布し、干渉露光或いは電子
ビーム露光により回折格子パターンをフォトレジストに
形成した後、エッチングにより回折格子パターンをメサ
６及びｎ型電流ブロック層１１の表面に転写し、フォト
レジストを除去する（図４（ｂ）、図５（ｂ））。この
後、第一の実施の形態と同様にして、第二ｐ型ＩｎＰク
ラッド層１２（層厚３．５μｍ、キャリア濃度１×１０
¹⁸ｃｍ^-3）、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３（層厚
０．３μｍ、キャリア濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3）を、回折
格子２０が形成されたｎ型ＩｎＰ電流ブロック層１１及
びメサ６の上部に順次形成する（図４（ｃ）、図５
（ｃ））。最後に、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３
表面およびＩｎＰ基板裏面に金属電極１４、１５を形成
し、劈開して分布帰還型半導体レーザができあがる。な
お、この実施の形態では回折格子２０はｎ型電流ブロッ
ク層１１の上にも形成したが、ｎ型ＩｎＰ電流ブロック
層上には形成せずに、メサ上部のみに回折格子２０を形
成してもよい。

【００２９】メサ下部に回折格子を有する分布帰還型半
導体レーザ（図６）は、フォトリソグラフィによりＩｎ
Ｐ基板１に回折格子２０を形成した後、第一の実施の形
態と同様の製造工程を経て各半導体層及び電極を形成す
ることで作製できる。回折格子２０は基板全面に形成し
ないで、メサ６を形成する部分のみに形成してもよい。
また、メサ６を、図５に示した分布帰還型半導体レーザ
と同様に、ｎ型ＩｎＰクラッド層３とＩｎＧａＡｓＰ導
波路層４との２層で構成してもよい。

【００３０】上記４つの実施の形態においては、ＳｉＯ
₂膜７の成膜に熱ＣＶＤを用いたが、プラズマＣＶＤ、
ＥＣＲプラズマＣＶＤ、バイアススパッタ、ＥＣＲスパ
ッタ等によりＳｉＯ₂膜７を形成してもよい。ＥＣＲプ
ラズマＣＶＤを含むプラズマＣＶＤや、ＥＣＲスパッタ
を含むバイアススパッタにより形成したＳｉＯ₂膜は、
メサ側壁部（メサ斜面）におけるエッチング速度がメサ
頂部よりも速い特徴を有する。このため、エッチング時
のプロセスマージンが大きく、メサ斜面のＳｉＯ₂膜を
完全にエッチング・除去しても、メサ頂部にＳｉＯ₂膜
を確実に残すことができる。また、イオンミリングとバ
ッファードフッ酸によりメサ斜面のＳｉＯ ₂膜７を除去
したが、イオンミリングを用いず、バッファードフッ酸
のみでメサ斜面のＳｉＯ₂膜を除去してもよい。この場
合、メサ斜面のＳｉＯ₂膜の厚さが、メサ頂部やメサ両
脇の平坦部のＳｉＯ₂膜の膜厚よりも薄く形成されてい
るので、バッファードフッ酸のみでメサ斜面のＳｉＯ₂
膜を除去しても、メサ頂部やメサ両脇の平坦部のＳｉＯ
₂膜が全てエッチングされて消失することはない。しか
し、イオンミリングのみでメサ斜面のＳｉＯ₂膜を除去
するのは、メサを構成している半導体層までエッチング
してしまうので好ましくない。

【００３１】電流ブロック層は、ｐ型電流ブロック層と
ｎ型電流ブロック層を積層した構造としたが、半絶縁性
或いは高抵抗の半導体層、例えば、ＦｅドープＩｎＰ
等、で構成してもよい。また、使用半導体材料は、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の材料に限らず、他の材料、例え
ば、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ系、ＧａＡｓＰ／Ｉ
ｎＧａＡｓＰ系等、でも本発明は適用できる。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、選択成長で活性層を含むメサ
を形成した後、第一成長阻止マスクを除去した後でメサ
を覆う誘電体膜を基板全面に形成しているから、メサ斜
面の誘電体膜を除去した後のメサ両側の平坦部の誘電体
膜の厚さが従来よりも薄くなり、メサを覆うフォトレジ
ストとメサとの密着面積が従来よりも大きくなる。その
結果、工程変動により両者の密着性が変動しても、両者
の密着面積が大きいためエッチャントであるバッファー
ドフッ酸がメサ頂部へと浸入しにくく、メサ頂部の誘電
体膜の浸蝕・消失が防止でき、工程能力が向上し安定生
産が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一、第二の実施の形態の製造工程図。

【図２】スポットサイズ変換器を集積した半導体レ
ーザの斜視図及び断面図。

【図３】第三の実施の形態の製造工程図。

【図４】第四の実施の形態の製造工程図。

【図５】第四の実施の形態の製造工程図。

【図６】第四の実施の形態における半導体レーザの
斜視図。

【図７】従来の半導体レーザの製造工程図。

【符号の説明】

１ｎ型ＩｎＰ基板２第一成長阻止マスク３ｎ型ＩｎＰクラッド層４ＩｎＧａＡｓＰ導波路層５第一ｐ型ＩｎＰクラッド層６メサ７ＳｉＯ₂膜８フォトレジスト９第二成長阻止マスク１０ｐ型電流ブロック層１１ｎ型電流ブロック層１２第二ｐ型ＩｎＰクラッド層１２ａＺｎ拡散領域１３ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１４電極１５電極１６ＳｉＯ₂膜２０回折格子３０レーザ部３１スポットサイズ変換部３２レーザ光１０１ｎ型ＩｎＰ基板１０２第一成長阻止マスク１０２ａ開口部１０３ｎ型ＩｎＰクラッド層１０４ＩｎＧａＡｓＰ導波路層１０５第一ｐ型ＩｎＰクラッド層１０６メサ１０７ＳｉＯ₂膜１０８フォトレジスト１０９第二成長阻止マスク１１０ｐ型電流ブロック層１１１ｎ型電流ブロック層１１２第二ｐ型ＩｎＰクラッド層１１３ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型半導体基板上にストライプ状
の開口を有する第一成長阻止マスクを形成する工程と、
前記第一成長阻止マスクの開口部に、発光に寄与する活
性層を含む多層構造から成るストライプ状のメサを選択
成長により形成する工程と、前記第一成長阻止マスクを
除去する工程と、誘電体膜を前記メサを覆って前記半導
体基板全面に形成する工程と、前記誘電体膜を前記メサ
頂部のみに残す工程と、前記メサ頂部に残された誘電体
膜を第二成長阻止マスクとして、選択成長により前記メ
サ両脇に電流ブロック層を成長する工程と、前記第二成
長阻止マスクを除去する工程と、前記メサ上及び前記電
流ブロック上に第２導電型のクラッド層及びコンタクト
層を順次成長する工程とを有することを特徴とする半導
体レーザの製造方法。
【請求項２】第１導電型半導体基板上に一定幅のスト
ライプ状の開口を有し、且つ、幅が一定の部分と幅が端
部近づくにつれて次第に狹くなるテーパー状の部分とか
ら成る第一成長阻止マスクを形成する工程と、前記第一
成長阻止マスクの開口部に、発光に寄与する活性層を含
む多層構造から成るストライプ状のメサを選択成長によ
り形成する工程と、前記第一成長阻止マスクを除去する
工程と、誘電体膜を前記メサを覆って前記半導体基板全
面に形成する工程と、前記誘電体膜を前記メサ頂部のみ
に残す工程と、前記メサ頂部に残された誘電体膜を第二
成長阻止マスクとして、選択成長により前記メサ両脇に
電流ブロック層を成長する工程と、前記第二成長阻止マ
スクを除去する工程と、前記メサ上及び前記電流ブロッ
ク上に第２導電型のクラッド層及びコンタクト層を順次
成長する工程とを有することを特徴とする半導体レーザ
の製造方法。
【請求項３】第２導電型のクラッド層にキャリア濃度
の異なる領域を設ける工程を有することを特徴とする請
求項２記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項４】第１導電型半導体基板上にストライプ状
の開口を有する第一成長阻止マスクを形成する工程と、
前記第一成長阻止マスクの開口部に、発光に寄与する活
性層を含む多層構造から成るストライプ状のメサを選択
成長により形成する工程と、前記第一成長阻止マスクを
除去する工程と、誘電体膜を前記メサを覆って前記半導
体基板全面に形成する工程と、前記誘電体膜を前記メサ
頂部のみに残す工程と、前記メサ頂部に残された誘電体
膜を第二成長阻止マスクとして、選択成長により前記メ
サ両脇に電流ブロック層を成長する工程と、前記第二成
長阻止マスクを除去する工程と、少なくとも前記メサ上
部に回折格子を形成する工程と、前記回折格子が形成さ
れたメサ上及び前記電流ブロック上に第２導電型のクラ
ッド層及びコンタクト層を順次成長する工程とを有する
ことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項５】電流ブロック層形成工程が、第２導電型
電流ブロック層、第１導電型電流ブロック層を順次積層
する工程であることを特徴とする請求項１〜４の何れか
に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項６】電流ブロック層形成工程が、高抵抗半導
体層或いは半絶縁性半導体層を成長する工程であること
を特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の半導体レー
ザの製造方法。
【請求項７】誘電体膜を熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、
ＥＣＲプラズマＣＶＤ、バイアススパッタ、ＥＣＲスパ
ッタの何れかの方法で形成する請求項１〜６の何れかに
記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項８】誘電体膜をメサ頂部のみに残す工程が、
誘電体膜をイオンミリングによりエッチングしてメサ斜
面の誘電体膜の厚さを薄くした後、バッファードフッ酸
によりメサ斜面の誘電体膜を除去し、メサ頂部及びメサ
の両脇の平坦部に誘電体膜を残す工程と、前記メサをフ
ォトレジストで覆い、前記メサ両脇の平坦部の誘電体膜
をエッチングする工程とを有することを特徴とする請求
項１〜７の何れかに記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項９】誘電体膜をメサ頂部のみに残す工程が、
誘電体膜をバッファードフッ酸によりエッチングしてメ
サ斜面の誘電体膜を除去し、メサ頂部及びメサの両脇の
平坦部に誘電体膜を残す工程と、前記メサをフォトレジ
ストで覆い、前記メサ両脇の平坦部の誘電体膜をエッチ
ングする工程とを有することを特徴とする請求項１〜７
の何れかに記載の半導体レーザの製造方法。