JP2601200B2 - エッチング方法およびこのエッチング方法を用いた半導体レーザの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体層のエッチング
方法及びそれを用いた半導体レーザの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系赤色発光装
置の発光波長は、６μｍ帯にある。このことから、Ａｌ
ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系赤色発光装置は、バーコードリ
ーダ、レーザビームプリンタ、光ディスク、ディスプレ
イ等の光源として盛んに開発が進められている。従来こ
の種の発光装置は、電子情報通信学会ＯＱＥ９１−２４
に示されるような構成が一般的であった。以下に従来の
赤色半導体レーザの製造方法の第一の従来例について説
明する。

【０００３】図８を参照しながら、従来の赤色半導体レ
ーザの製造工程を説明する。まず、有機金属気相成長法
を用いて、ＧａＡｓからなるｎ型半導体基板８０１上に
ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層８０２、ＧａＩ
ｎＰバルクまたは量子井戸からなる活性層８０３、Ａｌ
ＧａＩｎＰからなる第一のｐ型クラッド層８０４、Ｇａ
ＩｎＰ単一量子井戸からなるエッチング停止層８０５、
ＡｌＧａＩｎＰからなる第二のｐ型クラッド層８０６を
順次エピタキシャル成長する。ＧａＩｎＰからなる抵抗
低減層やＧａＡｓからなるキャップ層などの形成が追加
されることが多いが、ここでは説明を省略する。

【０００４】次に、酸化ケイ素膜を第二のｐ型クラッド
層８０６上に堆積した後、酸化ケイ素膜をストライプ状
にパターン化することによりマスク８０７を形成する
（図８（ａ））。次に、硫酸系のエッチング液を用いて
前記第二のｐ型クラッド層８０６をエッチングすること
により、リッジ８０８を形成する（図８（ｂ））。この
とき、前記エッチング停止層８０５は前記第二のｐ型ク
ラッド層８０６よりも、硫酸系エッチング液に対するエ
ッチングレートが約１０分の１と遅いことを利用する。
その後、前記マスク８０７を利用しｎ型埋め込み層８０
９を選択成長する（図８（ｃ））。前記マスク８０７を
除去した後、ｐ型埋め込み層８１０を成長する。最後
に、Ａｕ―Ｇｅ／Ｎｉからなる第一の電極８１１、Ｃｒ
／Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕからなる第二の電極８１２を形成す
る（図８（ｄ））。

【０００５】以上の工程の結果得られる構成では、実効
屈折率が前記活性層８０３のうち前記リッジ８０８が形
成されていない部分の下部の方が、前記リッジ８０８が
形成された部分の下部よりも低くなるため、横モードが
閉じ込められる。

【０００６】続いて第二の従来例について説明する。Ａ
ｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系を用いてさらに短波長化を行
う場合、この系特有のオーダリングが問題となってく
る。オーダリングが生じるとエネルギーギャップが小さ
くなり短波長化が困難となる。ところが、表面が（１０
０）面ではなく、（１００）面から数度だけ［０１１］
方向に傾斜した基板を用いると、オーダリングを防ぐこ
とが可能となる。通常の（１００）基板の上面（主
面）、すなわち、（１００）面は、［０１１］方向に平
行な直線を含む面である。なお、［０−１−１］方向
は、［０１１］方向の反対方向であるので、［０−１−
１］方向に平行な直線も（１００）面に含まれる。本明
細書において、「（１００）面から［０１１］方向に傾
斜した基板」とは、基板の上面の法線が、［１００］方
向に向いておらず、該法線が［１００］方向から［０１
１］方向叉は［０−１−１］方向へ所定の角度だけ回転
している基板のことをいう。また、上記法線と［１０
０］方向とのなす角度を「オフ角度」と呼ぶこととし、
オフ角度が０度でない基板を「傾斜基板」とする。

【０００７】このような基板を用いると発光波長を短く
し、さらに、より高いキャリア濃度を実現することがで
きる。その結果、波長６４０ｎｍの赤色半導体レーザを
作製することができる。用いる基板が異なる点を除け
ば、第二の従来例の各製造工程は、第一の従来例の各製
造工程と同様である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図９（ａ）及び（ｂ）
は、従来の方法で製造した赤色半導体レーザのリッジ部
の詳細図である。図９（ａ）は通常のｎ型（１００）基
板９０１を用いた場合、図９（ｂ）はｎ型傾斜基板９０
９を用いた場合を示している。図９（ａ）及び（ｂ）
は、それぞれ、ｎ型半導体基板９０１叉は９０９上に、
ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層９０３、活性層
９０４、ＡｌＧａＩｎＰからなる第一のｐ型クラッド層
９０５、ＧａＩｎＰ単一量子井戸からなるエッチング停
止層９０６、ＡｌＧａＩｎＰからなる第二のｐ型クラッ
ド層９０７を形成した後、マスク９０８叉は９０６を用
いて第二のｐ型クラッド層９０７をエッチングした状態
を示している。

【０００９】図９（ａ）に示されるように、リッジ９０
２の形成時に硫酸系エッチング液を用いると、リッジ９
０２の底部が広がり、その結果しきい値電流が増加し、
横モードが不安定になる。特に、傾斜基板を使用する
と、図９（ｂ）に示されるように、リッジ９１０の底部
の図中右側の側面の傾斜が緩やかとなり、リッジ９１０
の底部は図中右側に顕著に広がる。その結果、リッジ９
１０に非対称性が生じ、横モードの不安定性はさらに増
大する。なお、基板表面の法線が［０−１−１］方向に
回転している場合は、リッジ９１０の底部は［０−１−
１］方向に広がるが、基板表面の法線が［０１１］方向
に回転している場合は、［０１１］方向に広がる。

【００１０】従来技術の持つ他の問題点は、前記エッチ
ング停止層９０６が薄いためエッチング停止時間が短い
という問題、さらにエッチング終了の判断が困難という
問題である。前記エッチング停止層９０６には、選択性
を確保するため前記第二のｐクラッド層９０７とは十分
に組成の異なったＧａＩｎＰを用いている。この場合発
光を吸収しないよう活性層よりも薄い量子井戸層である
ことが要求される。従って材料の選択比が十分であって
も実際のエッチング停止時間は非常に短くなる。また、
エッチング停止層が露出したときの干渉色の変化が非常
に少ないので、エッチング終了の判断が困難である。

【００１１】本発明は上記課題を解決するために成され
たものであり、その目的とするとところは、リッジ底部
の広がりが低減されるエッチング方法および半導体レー
ザの製造方法を提供することである。

【００１２】本発明の他の目的は、傾斜基板が使用され
た場合において、リッジ底部の対称性が維持されるエッ
チング方法および半導体レーザの製造方法を提供するこ
とである。

【００１３】本発明の更に他の目的は、エッチング停止
時間が十分長く、エッチング停止の判断が容易であるよ
うなエッチング方法および半導体レーザの製造方法を提
供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のエッチング方法
は、第１の半導体層と該第１の半導体層の上面に接触す
る第２の半導体層と含む多層構造を、半導体基板上にエ
ピタキシャル成長させる工程と、該多層構造上にマスク
を形成する工程と、拡散律速型の第１のエッチング液を
用いて、該第２の半導体層の一部を選択的にエッチング
する第１エッチング工程と、該第１の半導体層よりも該
第２の半導体層を優先的にエッチングする第２のエッチ
ング液を用いて、該第２の半導体層を該第１の半導体層
の該上面に至るまでエッチングする第２エッチング工程
と、を包含しており、そのことにより上記目的が達成さ
れる。

【００１５】前記半導体基板として、表面が（１００）
面から傾斜した傾斜基板を用いてもよい。

【００１６】本発明の半導体レーザの製造方法は、第１
導電型クラッド層、活性層、第１の第２導電型クラッド
層、エッチング停止層、及び第２の第２導電型クラッド
層をこの順序で半導体基板上にエピタキシャル成長する
工程と、該第２の第２導電型クラッド層上にマスクを形
成する工程と、拡散律速型の第１のエッチング液を用い
て、該第２の第２導電型クラッド層の一部を選択的にエ
ッチングする第１エッチング工程と、該エッチング停止
層よりも該第２の第２導電型クラッド層を優先的にエッ
チングする第２のエッチング液を用いて、該第２の第２
導電型クラッド層を該エッチング停止層の上面に至るま
でエッチングする第２エッチング工程と、とを包含して
おり、そのことにより上記目的が達成される。

【００１７】前記半導体基板として、表面が（１００）
面から［０１１］方向に傾斜した傾斜基板を用いてもよ
い。

【００１８】ある実施態様では、［０１１］方向に垂直
な方向に沿ったストライプ状の第１のマスクを前記第２
の第２導電型クラッド層上に形成する工程と、該第１の
マスク上に該第１のマスクの２本の長辺のうち［０１
１］方向側叉は［０−１−１］方向側の一辺を覆う第２
のマスクを、該第２の第２導電型クラッド層上に形成す
る工程と、を更に備えており、前記第１エッチング工程
は、該第１及び第２のマスクを用いて該第２の第２導電
型クラッド層の一部を選択的にエッチングする工程であ
り、前記第２エッチング工程は、該第２のマスクを除去
した後、該第１のマスクを用いて、該第２の第２導電型
クラッド層を該エッチング停止層の表面に至るまでエッ
チングする工程である。

【００１９】ある実施態様では、前記第１エッチング工
程及び第２エッチング工程の少なくとも何れかの工程に
おいて、前記半導体基板の表面に平行な方向に前記第１
エッチング液または第２エッチング液の流れをつくる工
程を包含する。

【００２０】ある実施態様では、前記第１エッチング工
程及び第２エッチング工程の少なくとも何れかの工程に
おいて、前記半導体基板に対して斜め方向から光を照射
し、前記マスクによって影となる部分を形成する工程を
包含する。

【００２１】ある実施態様では、前記エッチング停止層
として多重量子井戸層を成長する工程と、該エッチング
停止層の干渉色の変化をに基づいて、エッチング終了時
点を決める工程と、を包含する。

【００２２】

【作用】本発明によるエッチング方法では、拡散律速型
の第１のエッチング液を用いて、第１の半導体層の上面
に接触する第２の半導体層の一部を選択的にエッチング
する。第１エッチング液が拡散律速型であることによ
り、第２の半導体層のエッチングされた部分には、相対
的に深くエッチングされた窪みが形成される。この窪み
は、第２の半導体層のエッチングされない部分に隣接し
た領域に形成される。第２の半導体層のエッチングされ
ない部分に隣接した領域には、第１エッチング液のエッ
チャントが相対的に多く供給される。これは、第２の半
導体層のエッチングされない部分において、第１エッチ
ング液のエッチャントが消費されないためである。表面
反応律速型のエッチング液を用いた場合、上記窪みは形
成されない。

【００２３】第２の半導体層のエッチングされない部分
に隣接した領域に窪みを形成した後、第２の半導体層に
対する第２のエッチングを行う。この第２のエッチング
は、第１の半導体層よりも第２の半導体層を優先的にエ
ッチングする第２のエッチング液を用いて行う。第１の
半導体層よりも第２の半導体層を優先的にエッチングす
るとは、第１の半導体層に対する第２の半導体層のエッ
チング選択比が大きいことを意味する。第２のエッチン
グの結果、第２の半導体層から底部の広がりが抑制され
た部分が形成され、第１の半導体層上に残される。

【００２４】本発明による半導体レーザの製造方法は、
第１導電型クラッド層、活性層、第１の第２導電型クラ
ッド層、エッチング停止層、及び第２の第２導電型クラ
ッド層をこの順序で半導体基板上にエピタキシャル成長
した後、第２の第２導電型クラッド層上にマスクを形成
する。その後、上記エッチング方法を実行する。その結
果、エッチング停止層上に、マスクで形状の規定された
第２の第２導電型クラッド層が得られる。上述した作用
と同様の作用により、第２の第２導電型クラッド層の底
部の横方向への広がりは抑制される。上記エッチングに
よりパターニングされた第２の第２導電型クラッド層
と、エッチングされていない第１の第２導電型クラッド
層とによって、リッジ部を有する第２導電型クラッド層
が構成される。リッジ部の底部が横方向に広がらないた
め、リッジ部の底部が横方向に広がらることから生じる
従来技術の問題が解決される。リッジ部の底部が横方向
に広がらないため、傾斜基板を用いた場合でもリッジの
対称性がほとんど壊れない。

【００２５】［０１１］方向に垂直な方向に沿ったスト
ライプ状の第１のマスクを第２の第２導電型クラッド層
上に形成すれば、［０１１］方向に垂直な方向に沿った
リッジを有する第２導電型クラッド層が得られる。第１
のマスクの２本の長辺のうち［０１１］方向側に位置す
る一辺を覆う第２のマスクを第２の第２導電型クラッド
層上に形成した後、第１及び第２のマスクを用いて該第
２の第２導電型クラッド層の一部を選択的にエッチング
すれば、第２のマスクからみて［０−１−１］方向側に
選択的に窪みを形成することができる。こうして、リッ
ジの傾斜がより緩やかな方の側壁のエッチング量を他方
の側のエッチング量よりも多くすることができ、リッジ
の非対称性を抑えることができる。

【００２６】リッジを横切るエッチング液の流れをつく
ると、流れに対して下流のリッジ側壁部分ではリッジ自
身によって生じる渦によってエッチング液が留まり、上
流では常に新しいエッチング液が供給される。これによ
り傾斜基板を用いた場合のリッジの対称性が向上する。

【００２７】材料およびエッチング液に依存するある特
定の波長の光を照射することによりエッチング速度を低
下させることができる。こうして、基板上の特定の部分
のみのエッチング量を減少させれば、傾斜基板を用いた
場合のリッジの対称性が向上する。

【００２８】エッチング停止層に多重量子井戸構造を導
入すれば、エッチングによる表面近傍での組成および屈
折率の変化による干渉色の変化に基づいて、エッチング
停止の判断を容易にすることができる。多重量子井戸構
造によれば、エッチング停止層の合計の膜厚を厚くする
ことができる。

【００２９】

【実施例】図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明による、赤
色半導体レーザのリッジ形成時の製造工程を示す断面図
である。はじめにｎ型ＧａＡｓ半導体基板１０１上にｎ
型（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（１μｍ）からなる
ｎ型クラッド層１０６、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ（100オンク゛ストロ
ーム）／（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）Ｉｎ0.5Ｐ（40オンク゛ストローム）の
多重量子井戸からなる活性層１０７、ｐ型（Ａｌ0.6Ｇ
ａ0.4）Ｉｎ0.5Ｐ（0.25μｍ）からなる第１のｐ型クラ
ッド層１０８、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ（60オンク゛ストローム）
からなるエッチング停止層１０５、ｐ型（Ａｌ0.6Ｇａ
0.4）Ｉｎ0.5Ｐ（0.9μｍ）からなる第２のｐ型クラッ
ド層１０４を順次エピタキシャル成長する。

【００３０】続いてストライプ状のマスク１０２を形成
する。これは例えば酸化ケイ素膜からなるが窒化ケイ素
膜でもかまわない。次に、エッチングを行うことにより
前記マスク１０２を用いてリッジ９０３を形成する。こ
の際、第１段階としてエッチング反応が生じるときに拡
散現象がその反応を律速する拡散律速性の第１のエッチ
ング液を用いて、第２のｐ型クラッド層１０４の途中ま
でエッチングする。第１のエッチング液として、酢酸と
塩酸と過酸化水素を３６対３対１の割合で混合した液を
用いた。第１のエッチング液としては、他に、ブロム
（Ｂｒ）とメタノール（ＣＨ₃ＯＨ）とを１：１００の
割合で混合した液を用いても良い。ここでは前記第２の
ｐ型クラッド層４の厚さ0.9μｍに対して約0.5μｍエッ
チングした。次に第２段階として、ＡｌＧａＩｎＰとＧ
ａＩｎＰとに対して選択性を持つ硫酸からなる第２のエ
ッチング液を用いてエッチングを行う。このエッチング
はエッチング停止層１０５に達した時点で終了する。

【００３１】上記の方法によって得られたリッジの形状
と第１のエッチング液によるエッチング量との関係を図
２に示す。図２において、縦軸はリッジ２０１の側壁の
傾斜の度合を示しており、ｈは挿入図に示されるように
リッジ２０１の高さを表している。また、ｃはリッジ２
０１底部での広がり幅を表している。なお、このリッジ
形状はエッチング停止層までエッチングされた図１
（ｂ）の状態を示している。横軸は上記第１のエッチン
グ液を用いた第１段階のエッチング量を示しており、例
えばＧａＡｓ半導体基板（オフ角度０゜）の場合、第１
段階のエッチング量が０μｍ、すなわち全てのエッチン
グを第２のエッチング液を用いて行った場合、ｃ／ｈが
1.0となる。それに対して第１段階のエッチング量を0.5
μｍとした場合、ｃ／ｈが約0.7となる。これは丁度
（１１１）面が側壁の表面に現れていることを示してい
る。一方、表面が（１００）面から［０１１］方向に傾
斜した半導体傾斜基板（オフ角度１０゜）を用いた場
合、リッジ９０２の［０−１−１］方向の側面の傾斜の
度合は図に示されるとおりであり、第１段階のエッチン
グを行わない場合ｃ／ｈは2.0と大きな値をとる。それ
に対して第１段階のエッチングを0.5μｍ行うと、ｃ／
ｈは1.0となり対称性はかなり改善された。これらの効
果は、拡散律速性のエッチング液を用いたことによるリ
ッジ２０１底部での窪みが広がりを抑制するために得ら
れるものである。その結果改善された特性について以下
に説明する。

【００３２】図３はＧａＡｓ半導体傾斜基板を用いた場
合の従来例と実施例の赤色半導体レーザの電流対光出力
特性図である。このようにしきい値電流が低減した。従
来、横モードの不安定性によって生じていたキンクが、
横モードが安定したことで瞬時光学損傷（ＣＯＤ）が発
生するまで検出されなかった。なお、伝導型については
極性が反転してもよいことは言うまでもない。

【００３３】本発明の実施例と従来例について、他の特
性を評価した。評価した特性は、ファーフィールドパタ
ーン（ＦＦＰ）の温度依存性、フォトルミネッセンス
（ＰＬ）強度の基板オフ角度依存性、及び、半導体レー
ザの素子寿命である。

【００３４】以下、図面を参照しながら、評価結果を説
明する。図１０（ａ）は、従来例のＦＦＰを示し、図１
０（ｂ）は、本実施例のＦＦＰを示している。図中にお
いて、実線は活性層に垂直な方向に沿った光強度分布を
示し、破線は活性層に平行な方向に沿った光強度分布を
示している。ＦＦＰの測定は、２０から５０℃の範囲で
行った。図では、従来例のＦＦＰが比較的太い曲線で示
されている。これは、曲線が太くなるのは、測定温度に
よってＦＦＰが変化したことを表している。

【００３５】図１１は、ＦＦＰの半値全幅ＦＷＨＭ（Fu
ll Width at Half Maximum）の温度依存性を示してい
る。図からわかるように、本発明によるエッチング方法
を用いて作成した半導体レーザのＦＦＰは、従来例に比
較して、温度依存性が小さい。従来例が温度に依存して
大きく変化するＦＦＰを持つ理由は、温度が高くなるほ
ど、非対称なストライプ状リッジ内を横方向に広がって
電流が流れるためである。本発明のエッチング法によれ
ば、ストライプ状リッジ部の形状が整えられるため、リ
ッジ内の電流の広がりによる問題が生じにくくなる。

【００３６】図１２は、活性層が量子井戸構造を有する
半導体レーザについて、フォトルミネッセンス（ＰＬ）
強度が基板オフ角度に依存性してどのように変化するか
を示している。図６において、記号「○」、「△」、
「□」及び「▽」は、それぞれ、活性層に含まれる井戸
層の厚さが、１ｎｍ、２．５ｎｍ、５ｎｍ、及び１０ｎ
ｍの場合のデータを示している。図１２からわかるよう
に、基板オフ角度が大きいほど、ＰＬ強度は強い。これ
は、基板オフ角度が大きくなるほど、活性層のバンドキ
ャップが大きくなることを意味している。短波長半導体
レーザを実現するためには、基板オフ角度が８度以上で
あることが好ましい。従来のエッチング方法によれば、
オフ角度が８度以上の基板を用いれば、対称性の高いス
トライプ状リッジが得られないため、発振波長の短くす
ることが困難であった。

【００３７】図１３は、素子寿命を示すグラフである。
図１３は、３ｍＷの光出力を得るために必要な駆動電流
（ｍＷ）が動作時間に応じてどのように変化したかを示
している（動作温度５０℃）。図からわかるように、駆
動電流は、実験した動作時間の全範囲で安定していた。

【００３８】上記実施例では、リッジの裾が広がらない
方の側壁もエッチングされすぎるということが挙げられ
る。その結果、傾斜基板を用いた場合対称性の改善には
限界が生じる。対称性をさらに向上させるためにいくつ
かの新しい方法を検討した。その一つは、２つのマスク
を用いてリッジの両側でエッチングの量を変化させる方
法である。傾斜が緩やかな方の側壁に対して予めエッチ
ングを行い、急な方の側壁よりも多くのエッチングがな
されるようにする。

【００３９】図４（ａ）から（ｄ）に製造工程の断面図
を示す。ｎ型ＧａＡｓ半導体基板４０１上にｎ型クラッ
ド層４０５、活性層４０６、第１のｐ型クラッド層４０
７、エッチング停止層４０８、第２のｐ型クラッド層４
０９をエピタキシャル成長した後、［０−１１］方向に
沿ったストライプ状の酸化ケイ素膜からなる第１のマス
ク４０２を形成する。

【００４０】続いて、第１のマスク４０２の［０１１］
方向側（図中左側）の辺を被覆するレジストからなる第
２のマスク４０３を形成する（図４（ａ））。ここで前
記第１段階のエッチングを行い、［０−１−１］方向側
（図中右側）のリッジ側壁のみをエッチングしておく
（図４（ｂ））。なお、傾斜方向によっては、第１段階
のエッチングにより［０１１］方向側のリッジ側壁のみ
をエッチングしておく。その後、第２のマスク４０３を
除去し（図４（ｃ））、最後に前記第２段階のエッチン
グを行う（図４（ｄ））。上記のように、基板が傾斜し
ているために本質的に非対称となるリッジの、傾斜の緩
やかな方（図中右側）の側壁のみをあらかじめエッチン
グしておくことによって、対称性を向上させることがで
きる。

【００４１】対称性をさらに向上させる２つめの方法と
して、エッチング液の流れを利用する方法を検討した。
拡散律速性のエッチング液の場合、被エッチング部分へ
の未反応なエッチング種の供給量がエッチング速度に大
きな影響を与える。エッチング液に流れをつくり、傾斜
の急な側壁部分のエッチング速度を減少する事により対
称性を向上させることができる。図５（ａ）はその実施
方法の概略図、図５（ｂ）はエッチング時の断面図を示
している。これはエッチング時に基板表面に平行な流れ
をつくりエッチング形状を制御するエッチング方法であ
る。ビーカー５０１にエッチング液を満たしスターラー
５０２によってエッチング液の流れ５０３をつくる。ス
トライプ状のマスクが形成された基板５０４を図のよう
な基板支持具５０５に固定し、ビーカー５０１の側面に
沿うように設定する。このときストライプの方向がエッ
チング液の流れ５０３に対して垂直となるようにする。
図５（ｂ）に示されるように、基板５０６表面でのエッ
チング液の流れ５０７はマスク５０８およびエッチング
によって形成されるリッジ５０９に対して図のような流
線を形成する。その結果、リッジ５０９の直後で渦１０
が生じる。この部分では未反応な新しいエッチング液の
供給が少なくなりエッチング速度が減少する。この現象
を利用して、傾斜が急になる側面に渦５１１が生じるよ
うに設定すると、その部分のエッチング速度が減少し対
称性を向上させることが可能となる。

【００４２】対称性を向上させる３つめの方法として、
光を照射することによるエッチング速度の減少を利用す
る方法がある。図６はその方法を示す断面図である。我
々はＡｌＧａＩｎＰ結晶を硫酸でエッチングする場合、
波長が６００ｎｍ程度の光を照射すると、照射された部
分のエッチング速度が約１／２程度に減少することを確
認している。この現象を利用して形状を制御するエッチ
ングを行うことができる。ストライプ状のマスク６０１
を基板６０２上に形成し、エッチング液に前記基板６０
２を浸す。そして図５５のように基板６０２に対して斜
めの方向から光６０３を照射する。このような構成を用
いると、エッチングが進行するにつれて一方のリッジ６
０４の側面にのみ光６０３に対して影となる部分６０５
が形成される。この影となる部分６０５は他の基板表面
よりもエッチング速度が速くなる。その結果、リッジ６
０４の形状を制御することが可能となる。例えば本発明
の第１の実施例に示したような傾斜基板を用いた場合、
傾斜が緩やかとなる側面に影が生じるように配置すると
その部分のエッチングが他の部分に比較して速く行わ
れ、リッジの対称性が向上する。

【００４３】以上の方法で傾斜基板上に形成されるリッ
ジの対称性を向上させることができた。しかしながら上
記３つの方法はすべてリッジの両側でエッチング速度を
変化させるため、エッチング停止層に達する時間が異な
ってくる。その結果、エッチング停止層でのエッチング
停止時間が短いとエッチング停止層を突き抜けて下部の
層をエッチングしてしまう可能性が生じる。この点を解
決するために、多重量子井戸層の導入を検討した。

【００４４】図７は本発明の第２の実施例のエッチング
停止層の構造を示すものである。図７（ａ）は従来のエ
ッチング停止層およびその上下の層構造を示しており、
エッチング停止層であるＧａＩｎＰ単一量子井戸層７０
１がＡｌＧａＩｎＰクラッド層７０２、７０３に挟まれ
た構造となっている。ここでは組成の違いによるエッチ
ング速度の違いを利用して選択エッチングを行うために
ＧａＩｎＰが用いられている。しかしながら、この材料
はバルクであると活性層からの発光を吸収してしまうた
めに、量子井戸とし量子効果によってエネルギーギャッ
プを増大して吸収を抑えなければならない。その結果、
膜厚が数十オングストロームとなり、エッチング停止時
間が短くなってしまう。また、表面の干渉色の変化が乏
しいためにエッチング停止層までエッチングが達したと
いう判断が困難である。

【００４５】本発明の実施例では、図７（ｂ）に示すよ
うに、エッチング停止層をＧａＩｎＰ多重量子井戸層７
０４とする。ＧａＩｎＰ多重量子井戸層７０４はＡｌＧ
ａＩｎＰバリア層（40オンク゛ストローム）４層とＧａＩｎＰ井
戸層（60オンク゛ストローム）５層から構成されている。その結
果、活性層からの発光を吸収することなくエッチング停
止時間を長くすることができる。先に述べたように、こ
れは傾斜基板のエッチングに対して非常に有効である。
また、多重量子井戸層構造であるのでエッチングが屈折
率の異なる層に達する度に干渉色が変化し、単一量子井
戸層の場合よりも急激な変化が生じる。その結果、エッ
チング終了の判断が容易となる。

【００４６】

【発明の効果】本発明のエッチング方法によれば、拡散
律速型エッチング液を用いる第１のエッチングと、選択
エッチングが可能なエッチング液を用いる第２のエッチ
ングとを組み合わせることにより、リッジ底部の広がり
を抑えることができる。半導体傾斜基板を用いた場合は
その効果が大きく、リッジ底部の断面対称性が維持され
る。本エッチング方法を用いて半導体レーザのストライ
プ状リッジを形成すれば、しきい値電流の低減および横
モードの安定化が達成される。

【００４７】また、２つのマスクを用いた２段階のエッ
チング工程を用いることにより、傾斜基板上に、更に対
称性の良いリッジを形成することができる。ストライプ
状に形成されたマスクに対して垂直にエッチング液の流
れをつくれば、リッジ下流に於いて渦を形成し、リッジ
の形状を制御することができる。基板に対して斜めの方
向から光を照射することによりエッチング速度を制御
し、リッジの形状を制御することが可能となる。エッチ
ング停止層に多重量子井戸層を導入することにより、エ
ッチング停止時間を長くすることができる。さらに、干
渉色の変化によりエッチング終了の判断を容易にするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における製造工程を示す断面図

【図２】本発明の実施例におけるエッチング深さと形状
の特性図

【図３】本発明の実施例における発光装置の電流対光出
力特性図

【図４】本発明の実施例における２つのマスクを用いた
製造工程を示す断面図

【図５】（ａ）は、本発明の実施例における流れを用い
たエッチング装置の概略図（ｂ）はリッジ形成のための
エッチングを説明する断面図

【図６】本発明の実施例における光を用いた製造方法を
示す断面図

【図７】本発明の実施例におけるエッチング停止層の構
造図

【図８】従来の製造工程を示す断面図

【図９】従来の発光装置の形状を示す断面図

【図１０】（ａ）は、従来例のＦＦＰにおける活性層に
垂直な方向に沿った光強度分布図 （ｂ）は、本実施例のＦＦＰにおける活性層に垂直な方
向に沿った光強度分布図

【図１１】ＦＦＰの半値全幅ＦＷＨＭ（Full Width at
Half Maximum）の温度依存性を示す図

【図１２】活性層が量子井戸構造を有する半導体レーザ
について、フォトルミネッセンス（ＰＬ）強度が基板オ
フ角度に依存性してどのように変化するかを示した図

【図１３】３ｍＷの光出力を得るために必要な駆動電流
（ｍＷ）が動作時間に応じてどのように変化したかを示
す図

【符号の説明】

１０１ ｎ型半導体基板１０１ １０２ マスク１０２ １０３ リッジ１０３ １０４ 第二のｐ型クラッド層 １０５ エッチング停止層 ２０１ リッジ ４０１ ｎ型半導体基板 ４０２ 第一のマスク ４０３ 第二のマスク ４０４ リッジ ５０１ ビーカー ５０２ スターラー ５０３ エッチング液の流れ ５０４ 基板 ５０５ 基板支持具 ５０６ 基板 ５０７ エッチング液の流れ ５０８ マスク ５０９ リッジ ５１０ 渦 ６０１ マスク ６０２ 基板 ６０３ 光 ６０４ リッジ ６０５ 影となる部分 ７０１ ＧａＩｎＰ単一量子井戸層 ７０２ ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ７０３ ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ７０４ ＧａＩｎＰ多重量子井戸層 ８０１ ｎ型半導体基板 ８０２ ｎ型クラッド層 ８０３ 活性層 ８０４ 第一のｐ型クラッド層 ８０５ エッチング停止層 ８０６ 第二のｐ型クラッド層 ８０７ マスク ８０８ リッジ ８０９ ｎ型埋め込み層 ８１０ ｐ型埋め込み層 ８１１ 第一の電極 ８１２ 第二の電極 ９０１ ｎ型半導体基板 ９０９ ｎ型半導体傾斜基板 ９１０ 非対称なリッジ

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の半導体層と該第１の半導体層の上面
   に接触する第２の半導体層と含む多層構造を、半導体基
   板上にエピタキシャル成長させる工程と、 該多層構造上にマスクを形成する工程と、 拡散律速型の第１のエッチング液を用いて、該第２の半
   導体層の一部を選択的にエッチングする第１エッチング
   工程と、 該第１の半導体層よりも該第２の半導体層を優先的にエ
   ッチングする第２のエッチング液を用いて、該第２の半
   導体層を該第１の半導体層の該上面に至るまでエッチン
   グする第２エッチング工程と、 を包含するエッチング方法。
2. 【請求項２】前記半導体基板として、表面が（１００）
   面から傾斜した傾斜基板を用いる請求項１記載のエッチ
   ング方法。
3. 【請求項３】第１導電型クラッド層、活性層、第１の第
   ２導電型クラッド層、エッチング停止層、及び第２の第
   ２導電型クラッド層をこの順序で半導体基板上にエピタ
   キシャル成長する工程と、 該第２の第２導電型クラッド層上にマスクを形成する工
   程と、 拡散律速型の第１のエッチング液を用いて、該第２の第
   ２導電型クラッド層の一部を選択的にエッチングする第
   １エッチング工程と、 該エッチング停止層よりも該第２の第２導電型クラッド
   層を優先的にエッチングする第２のエッチング液を用い
   て、該第２の第２導電型クラッド層を該エッチング停止
   層の上面に至るまでエッチングする第２エッチング工程
   と、 とを包含する半導体レーザの製造方法。
4. 【請求項４】前記半導体基板として、表面が（１００）
   面から［０１１］方向に傾斜した傾斜基板を用いる請求
   項３記載の半導体レーザの製造方法。
5. 【請求項５】［０１１］方向に垂直な方向に沿ったスト
   ライプ状の第１のマスクを前記第２の第２導電型クラッ
   ド層上に形成する工程と、 該第１のマスクの２本の長辺のうち［０１１］方向側叉
   は［０−１−１］方向側の一辺を覆う第２のマスクを、
   該第２の第２導電型クラッド層上に形成する工程と、を
   更に備えており、 前記第１エッチング工程は、該第１及び第２のマスクを
   用いて該第２の第２導電型クラッド層の一部を選択的に
   エッチングする工程であり、 前記第２エッチング工程は、該第２のマスクを除去した
   後、該第１のマスクを用いて、該第２の第２導電型クラ
   ッド層を該エッチング停止層の表面に至るまでエッチン
   グする工程である請求項４記載の半導体レーザの製造方
   法。
6. 【請求項６】前記第１エッチング工程及び第２エッチン
   グ工程の少なくとも何れかの工程において、前記半導体
   基板の表面に平行な方向に前記第１エッチング液または
   第２エッチング液の流れをつくる工程を包含する請求項
   １記載のエッチング方法。
7. 【請求項７】前記第１エッチング工程及び第２エッチン
   グ工程の少なくとも何れかの工程において、前記半導体
   基板に対して斜め方向から光を照射し、前記マスクによ
   って影となる部分を形成する工程を包含する請求項１記
   載のエッチング方法。
8. 【請求項８】前記エッチング停止層として多重量子井戸
   層を成長する工程と、 該エッチング停止層の干渉色の変化をに基づいて、エッ
   チング終了時点を決める工程と、 を包含する請求項１記載の半導体レーザの製造方法。