JP2003218465A - ストライプ導波構造型半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents

ストライプ導波構造型半導体レーザ素子及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 チャンネルの側面に凹凸が生じるのを阻止で
きるストライプ導波構造型半導体レーザ素子及びその製
造方法を提供する。 【解決手段】 第2上クラッド層2下にはエッチングス
トップ層1を形成している。このエッチングストップ層
1は、GaAs層1aと、このGaAs層1a下に形成
されたAl0.5Ga0.5As層1bと、このAl0.5Ga
0.5As層1b下に形成されたGaAs層1cとからな
っている。これにより、GaAs層3と第2上クラッド
層2とで形成するチャンネルの側面の凹凸をコントロー
ルすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、光ファイ
バ通信、光計測システム及び光ディスクなどの光情報処
理に必要とされるストライプ導波構造型半導体レーザ素
子及びその製造方法に関するものであり、特に半導体レ
ーザ素子のチャンネル構造の製造方法に関する。
【0002】本明細書において、チャンネルとは電流が
流れる経路を意味する。
【0003】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、半導体レーザとしては、電流狭窄と光閉じ込めとの
ための構造を基板上に有するものがある。上記構造の1
つにリッジ構造があり、このリッジ構造をウェットエッ
チング法で形成する方法がある。
【0004】以下、上記ウェットエッチングの一例につ
いて説明する。
【0005】まず、図3(a)に示すように、レジスト
マスク34を用いて、例えばGaAs層33,GaAl
As層32をエッチングする。その後、上記GaAlA
s層32を選択エッチングして、図3(b)に示すよう
に、GaAs層33下にGaAlAs層132を形成す
る。このとき、上記GaAlAs層132下のGaAs
エッチングストップ層31により、エッチング深さが精
密にコントロールされる。
【0006】しかし、上記ウェットエッチング法では等
方エッチング性のため、エッチング側面が凹凸になるこ
とが避けられない。つまり、上記GaAs層33,Ga
AlAs層132からなるチャンネルの側面が凸凹にな
る。その結果、上記チャンネルの両側に電流ブロック層
となる層を再成長すると、チャンネルの側面の凹部が穴
として残ったり、結晶性が著しく悪くなるという問題が
ある。
【0007】半導体レーザの結晶内部に穴部として空洞
部分があると、その後のプロセスが制限されたり、複雑
なプロセスとなる。
【0008】また、半導体レーザの結晶性が悪くなると
レーザ寿命に悪影響を与えたり、諸特性がばらつきを持
ち、生産の歩留や品質に悪影響を及ぼす。
【0009】そこで、本発明の課題は、チャンネルの側
面に凹凸が生じるのを阻止できるストライプ導波構造型
半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のストライプ導波構造型半導体レーザ素子
は、下クラッド層上に、Ga1-xAlxAs(0≦x≦
0.5)活性層、第1上クラッド層、エッチングストッ
プ層、ストライプ状の第2上クラッド層及び保護層が順
次積層されているストライプ導波構造型半導体レーザ素
子において、上記第2上クラッド層は、上下で組成が異
なり、上記エッチングストップ層は、異なる3層からな
っていることを特徴としている。
【0011】上記構成のストライプ導波構造型半導体レ
ーザ素子によれば、上記保護層を例えばGaAs層で形
成し、上記第2上クラッド層を例えばAlGaAs層で
形成する場合、GaAs,AlGaAsの層構造により
チャンネルが形成させる。この場合、上記エッチングス
トップ層は異なる3層からなっているので、GaAs,
AlGaAの両方をエッチング可能なエッチャント、A
lGaAsを選択エッチング可能なエッチャント、Ga
Asを選択エッチング可能なエッチャント及びAlGa
Asを選択エッチング可能なエッチャントを用いてエッ
チングを行うことができる。したがって、上記チャンネ
ルの側面の凹凸をコントロールでき、チャンネルの側面
に凹凸が生じるのを阻止することができる。すなわち、
理想的なチャンネル形状を得ることができる。
【0012】また、上記チャンネルの側面において凹凸
の発生を阻止できるので、チャンネルの側方に結晶を成
長させても、空洞として穴が残るのを防止できる他、レ
ーザ特性や寿命に悪影響を与える面方位が判っている場
合には、層構造とエッチング条件の調整により、その面
方位が出ないようにすることができる。
【0013】一実施形態のストライプ導波構造型半導体
レーザ素子は、上記保護層がGaAs層、上記第2上ク
ラッド層がAlGaAs層からなり、上記エッチングス
トップ層が、GaAs層、Ga1-yAlyAs(0.4≦
y≦0.8)層及びGaAs層の3層からなる。
【0014】一実施形態のストライプ導波構造型半導体
レーザ素子は、上記第2上クラッド層は、上記保護層側
から上記エッチングストップ層側に向かって、段階的に
Al混晶比が高くなるGaAlAs多層構造を有する。
【0015】一実施形態のストライプ導波構造型半導体
レーザ素子は、上記第2上クラッド層は、上記保護層側
から上記エッチングストップ層側に向かって、連続的に
Al混晶比が高くなるGaAlAsを有する。
【0016】一実施形態のストライプ導波構造型半導体
レーザ素子は、上記第2上クラッド層は、ストライプ導
波構造が順メサ方向に形成されている。
【0017】また、本発明のストライプ導波構造型半導
体レーザ素子の製造方法は、上記ストライプ導波構造型
半導体レーザ素子の製造方法であって、上記第2上クラ
ッド層と上記保護層との両方に対してエッチング可能な
第1のエッチング液で、上記第2上クラッド層及び上記
保護層のエッチングを行う第1の工程と、上記第2上ク
ラッド層に対してエッチングレートが大であり、かつ、
上記保護層と上記エッチングストップ層の最上層とに対
してエッチング不可能なあるいはエッチングレートが小
な第2のエッチング液を用いて、上記第2上クラッド層
のエッチングを行う第2の工程と、上記保護層と上記エ
ッチングストップ層の最上層とに対してエッチングレー
トが大であり、かつ、上記第2上クラッド層と上記エッ
チングストップ層の中央の層とに対してエッチング不可
能あるいはエッチングレートが小な第3のエッチング液
を用いて、上記保護層と上記エッチングストップ層の最
上層とのエッチングを行う第3の工程と、上記第2上ク
ラッド層と上記エッチングストップ層の中央の層とに対
してエッチングレートが大であり、かつ、上記保護層と
上記エッチングストップ層の最下層とに対してエッチン
グ不可能あるいはエッチングレートが小な第4のエッチ
ング液を用いて、上記第2上クラッド層と上記エッチン
グストップ層の中央の層とのエッチングを行う第4の工
程とを備えたことを特徴としている。
【0018】一実施形態のストライプ導波構造型半導体
レーザ素子の製造方法は、上記第1のエッチング液は、
硫酸、過酸化水素水及び水からなり、上記第2のエッチ
ング液は、弗化水素水と水とからなり、上記第3のエッ
チング液は、アンモニア、過酸化水素水及び水からな
り、上記第4のエッチング液は、弗化水素水と水とから
なる。
【0019】一実施形態のストライプ導波構造型半導体
レーザ素子の製造方法は、上記第1〜第4のエッチング
液のエッチングレートは10Å/秒〜500Å/秒であ
る。
【0020】
【発明の実施の形態】(第1実施形態)図1(a)〜
(d)は、本発明の第1実施形態のストライプ導波構造
型半導体レーザ素子の製造方法の模式工程図である。
【0021】上記ストライプ導波構造型半導体レーザ素
子の製造方法では、図1(a)に示すようなウェハにチ
ャンネル構造としてのリッジ構造を作り込む。このウェ
ハは、保護層を形成するための例えば膜厚0.2μmの
GaAs層3を最表面層として有している。そして、上
記GaAs層3下には第2上クラッド層2が設けられて
いる。この第2上クラッド層2は、図中上側から図中下
側に向かって徐々にAl組成が20%、30%、40%
と増えていく例えば各膜厚0.2μmのGaAlAs多
層構造としての3層構造2aと、この3層構造2a下に
設けられた例えば膜厚1.3μmのAl0.5Ga0.5As
層2bとを有している。また、上記第2上クラッド層2
下にはエッチングストップ層1を設けている。このエッ
チングストップ層1は、例えば膜厚30ÅのGaAs層
1aと、このGaAs層1a下に形成され、Al0.5
0.5As層2bと同じ混晶比の例えば膜厚0.1μm
のAl0.5Ga0.5As層1bと、このAl0.5Ga0.5
s層1b下に形成された例えば膜厚30ÅのGaAs層
1cとからなっている。
【0022】また、図示しないが、上記エッチングスト
ップ層1下には、第1上クラッド層、Ga1-xAlxAs
(0≦x≦0.5)活性層及び下クラッド層を設けてい
る。このGa1-xAlxAs活性層は第1上クラッド層と
下クラッド層とで挟まれている。そして、上記下クラッ
ド層及び第1上クラッド層のバンドギャップはGa1- x
AlxAs活性層のバンドギャップよりも大きくなって
いる。
【0023】以下、上記半導体レーザ素子の製造方法
を、図1(a)〜(d)を用いて説明する。
【0024】最初に、図1(a)に示すように、GaA
s層3上に所定形状のレジストマスク4を形成して、第
1のエッチング液でエッチングを例えば180秒行う。
上記第1のエッチング液の一例としては、H2SO4:H
22:H2O=1:10:50の混合比とした硫酸系の
エッチャントがある。また、上記第1のエッチング液の
液温は例えば10℃に設定する。そして、上記エッチン
グを行うとき、リッジ方向(紙面に対して垂直な方向)
をウェハの順メサ方向とすれば、GaAs部のエッチン
グ面方位性のため、側面の凹凸を小さくすることができ
る。
【0025】次に、第2のエッチング液の一例としての
HFを用いて、例えば50秒のエッチングを行うと、図
1(b)に示すように、3層構造102a、Al0.5
0.5As層102bがエッチングストップ層1上に形
成される。このとき、HFの液温は例えば10℃に設定
する。
【0026】次に、例えば液温10℃の第3のエッチン
グ液を用いて、エッチングを例えば30秒行うと、リッ
ジ構造の両側のGaAs層1aが除去され、図1(c)
に示すように、GaAs層103が3層構造102a上
に形成される。このとき、上記Al0.5Ga0.5As層1
02b下にはGaAs層101aが形成されている。ま
た、上記第3のエッチング液の一例としては、NH4
H:H22:H2O=1:30:50の混合比としたア
ンモニア系のエッチャントがある。このエッチャントに
おいて、アンモニア水と過酸化水素水との混合比はアン
モニア水を1とした場合、過酸化水素水を10以上の割
合で混合することでGaAsの選択エッチングが可能と
なる。
【0027】そして、第4のエッチング液の一例として
のHFを用いて、例えば15秒のエッチングを行うと、
リッジ構造の両側のAl0.5Ga0.5As層1bが除去さ
れ、図1(d)に示すように、GaAs層103、3層
構造202a及びAl0.5Ga0.5As層202bからな
るリッジが得られる。このとき、上記GaAs層101
a下にはAl0.5Ga0.5As層101bが形成されてい
る。
【0028】このように、組成比による選択性の少ない
エッチャントと、GaAs〜低Alの混晶比の層を選択
的にエッチングするエッチャントと、Al0.4Ga0.6
sよりAl比の高い結晶を選択的にエッチングするエッ
チャントとを用いることにより、リッジ側面の凹凸形状
をコントロールすることができる。したがって、このリ
ッジの側面に凹凸が生じるのを阻止することができる。
【0029】上記第1実施形態では、下クラッド層及び
第1上クラッド層の材料について記載しなかったが、例
えばAl0.5Ga0.5Asを用いて下クラッド層及び第1
上クラッド層を形成してもよい。
【0030】また、上記GaAs層1aとGaAs層1
cとの間に形成する層は、Al組成が0.4以上の層で
あってもよい。
【0031】上記各エッチング液のエッチングレートは
10Å/秒〜500Å/秒とすることが望ましい。これ
は、上記エッチングレートが10Å/秒をより小さいと
エッチング時間が長くなりすぎるため、生産性が悪くな
る。また、上記エッチングレートが500Å/秒を越え
ると制御性、再現性のばらつきが大きくなるため、所望
とする形状の再現性が得られ難くなるからである。
【0032】上記レジストマスク4の膜厚を6μmに設
定し、本実施形態の条件でエッチングを行った場合、リ
ッジ底幅2.5μm、GaAs上部幅0.5μm〜1.
0μmのリッジ形状を作ることができる。
【0033】(第2実施形態2)図2(a)〜(d)
は、本発明の第2実施形態のストライプ導波構造型半導
体レーザ素子の製造方法の模式工程図である。図2
(a)〜(d)において、図1(a)〜(d)に示した
構成部と同一構成部は、図1(a)〜(d)における構
成部と同一参照番号を付して説明を省略または簡単にす
る。
【0034】上記ストライプ導波構造型半導体レーザ素
子の製造方法では、図2(a)に示すようなウェハにチ
ャンネルとしてのリッジ構造を作り込む。このウェハ
は、保護層を形成するための例えば膜厚0.2μmのG
aAs層3を最表面層として有している。そして、上記
GaAs層3下には第2上クラッド層22を形成してい
る。この第2上クラッド層22は、GaAs層3から深
さ0.6μmまでの第1の領域22aと、この第1の領
域22aからエッチングストップ層1のGaAs層1a
までの深さ1.3μmの第2の領域22bとからなって
いる。上記第1の領域22aは、図中上側から図中下側
に向かって連続的にAl組成が増えている。一方、上記
第2の領域22bは、Al0.5Ga0.5Asからなり、A
l混晶比が均一になっている。
【0035】このようなウェハを用いて上記第1実施形
態と同じ条件のエッチングを行うと、図2(a)に示す
GaAlAs層22は、図2(b),(c)に示すGa
AlAs層122へ変化した後、図2(d)に示すGa
AlAs層222へと変化する。このとき、図2
(a),(b)に示すGaAs層3は、図2(c),
(d)に示すGaAs層103に変化する。このGaA
s層103とGaAlAs層222とからなるリッジ
は、上記第1実施形態のリッジの側面よりも滑らかな側
面を有する。すなわち、上記第1実施形態のリッジの側
面よりも滑らかな側面のリッジを形成することができ
る。
【0036】上記第1,第2実施形態で形成したストラ
イプ導波構造、すなわちリッジ構造は埋め込み成長で形
成してもよい。
【0037】
【発明の効果】以上より明らかなように、本発明のスト
ライプ導波構造型半導体レーザ素子によれば、エッチン
グストップ層は異なる3層からなっているので、複数の
異なるエッチャントを用いて保護層,第2上クラッド層
のエッチングを行って、保護層と第2上クラッド層とか
らなるチャンネルの側面の凹凸をコントロールでき、チ
ャンネルの側面に凹凸が生じるのを阻止することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1(a)〜(d)は、本発明の第1実施形
態のストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法
の模式工程図である。
【図2】 図2(a)〜(d)は、本発明の第2実施形
態のストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法
の模式工程図である。
【図3】 図3(a),(b)は、従来のストライプ導
波構造型半導体レーザ素子の製造方法の模式工程図であ
る。
【符号の説明】
1 エッチングストップ層 2,22,122,222 第2上クラッド層 2a 3層構造 1a,1c,3,103 GaAs層 1b,2b Al0.5Ga0.5As層 22a 第1の領域 22b 第2の領域

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下クラッド層上に、Ga1-xAlxAs
    (0≦x≦0.5)活性層、第1上クラッド層、エッチ
    ングストップ層、ストライプ状の第2上クラッド層及び
    保護層が順次積層されているストライプ導波構造型半導
    体レーザ素子において、 上記第2上クラッド層は、上下で組成が異なり、 上記エッチングストップ層は、異なる3層からなってい
    ることを特徴とするストライプ導波構造型半導体レーザ
    素子。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のストライプ導波構造型
    半導体レーザ素子において、 上記保護層がGaAs層、上記第2上クラッド層がAl
    GaAs層からなり、 上記エッチングストップ層が、GaAs層、Ga1-y
    yAs(0.4≦y≦0.8)層及びGaAs層の3
    層からなることを特徴とするストライプ導波構造型半導
    体レーザ素子。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載のストライプ導
    波構造型半導体レーザ素子において、 上記第2上クラッド層は、上記保護層側から上記エッチ
    ングストップ層側に向かって、段階的にAl混晶比が高
    くなるGaAlAs多層構造を有することを特徴とする
    ストライプ導波構造型半導体レーザ素子。
  4. 【請求項4】 請求項1または2に記載のストライプ導
    波構造型半導体レーザ素子において、 上記第2上クラッド層は、上記保護層側から上記エッチ
    ングストップ層側に向かって、連続的にAl混晶比が高
    くなるGaAlAsを有することを特徴とするストライ
    プ導波構造型半導体レーザ素子。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1つに記載の
    ストライプ導波構造型半導体レーザ素子において、 上記第2上クラッド層は、ストライプ導波構造が順メサ
    方向に形成されていることを特徴とするストライプ導波
    構造型半導体レーザ素子。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれか1つに記載の
    ストライプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法であ
    って、 上記第2上クラッド層と上記保護層との両方に対してエ
    ッチング可能な第1のエッチング液で、上記第2上クラ
    ッド層及び上記保護層のエッチングを行う第1の工程
    と、 上記第2上クラッド層に対してエッチングレートが大で
    あり、かつ、上記保護層と上記エッチングストップ層の
    最上層とに対してエッチング不可能なあるいはエッチン
    グレートが小な第2のエッチング液を用いて、上記第2
    上クラッド層のエッチングを行う第2の工程と、 上記保護層と上記エッチングストップ層の最上層とに対
    してエッチングレートが大であり、かつ、上記第2上ク
    ラッド層と上記エッチングストップ層の中央の層とに対
    してエッチング不可能あるいはエッチングレートが小な
    第3のエッチング液を用いて、上記保護層と上記エッチ
    ングストップ層の最上層とのエッチングを行う第3の工
    程と、 上記第2上クラッド層と上記エッチングストップ層の中
    央の層とに対してエッチングレートが大であり、かつ、
    上記保護層と上記エッチングストップ層の最下層とに対
    してエッチング不可能あるいはエッチングレートが小な
    第4のエッチング液を用いて、上記第2上クラッド層と
    上記エッチングストップ層の中央の層とのエッチングを
    行う第4の工程とを備えたことを特徴とするストライプ
    導波構造型半導体レーザ素子の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載のストライプ導波構造型
    半導体レーザ素子の製造方法において、 上記第1のエッチング液は、硫酸、過酸化水素水及び水
    からなり、 上記第2のエッチング液は、弗化水素水と水とからな
    り、 上記第3のエッチング液は、アンモニア、過酸化水素水
    及び水からなり、 上記第4のエッチング液は、弗化水素水と水とからなる
    ことを特徴とするストライプ導波構造型半導体レーザ素
    子の製造方法。
  8. 【請求項8】 請求項6または7に記載のストライプ導
    波構造型半導体レーザ素子の製造方法において、 上記第1〜第4のエッチング液のエッチングレートは1
    0Å/秒〜500Å/秒であることを特徴とするストラ
    イプ導波構造型半導体レーザ素子の製造方法。
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