JP4031263B2 - 半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体レーザ装置の製造方法に係り、特に分布帰還型半導体レーザの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回折格子を光導波路リッジ内部に形成した従来の光導波路リッジを備えた分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢレーザという）においては、半導体レーザ装置の製造方法の工程の一部である回折格子を形成する際に、リッジ幅より広めの回折格子形状の開口を有するＳiＯ2膜のマスクパターンとこのマスクパターンの上層に形成されたリッジ幅と同じ幅を有し光導波路方向に延長された開口を備えたレジストパターンとを用いて、リッジ幅と同じ幅になる回折格子層のエッチングを行っていた。
【０００３】
従来の回折格子の製造方法について説明する。
図３３、図３５、及び図３９は、例えば特願２０００−３５２４５０号に記載された従来の半導体レーザの製造方法の一工程を示す半導体レーザの平面図で、図３４は図３３の３４−３４断面における半導体レーザの断面図、図３６は図３５の３６−３６断面における半導体レーザの断面図、図３７は図３５の３７−３７断面における半導体レーザの断面図、図３８は図３５の３８−３８断面における半導体レーザの断面図、そして図４０は図３９の４０−４０断面における半導体レーザの断面図である。
【０００４】
まず、ｎ型ＩｎＰ基板（以下“ｎ型”を“ｎ−”と、また“ｐ型”を“ｐ−”と表記する）上にｎ−ＩｎＰクラッド層、ｎ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層、ｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層、ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸層、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層、ｐ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層、ｐ−ＩｎＰ層、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層、及びｐ−ＩｎＰ層を積層成長させる。次いでＳiＯ2絶縁膜を形成し、その上にレジスト膜を形成する。
次いで、約２０００Åのピッチｐ10で、幅１０μｍでＥＢ露光を行って（露光部はピッチｐ10の１／２で１０００Å）現像し、レジストパターンを形成し、このレジストパターンを用いてＳiＯ2絶縁膜をエッチングし、ＳiＯ2絶縁膜パターンを形成し、ついでレジストパターンを除去する。この工程の結果が図３３及び図３４である。
【０００５】
図３３および図３４において１２２はＳiＯ2絶縁膜パターン、１２２ａはＳiＯ2絶縁膜開口で、ＳiＯ2絶縁膜開口１２２ａの長さａ10はＥＢの露光幅１０μｍに相当し、ＳiＯ2絶縁膜開口１２２ａの幅ｗ10はＥＢ露光のピッチｐ10の１／２、つまり１０００Åに相当する。
図３４において、１０１はｎ−ＩｎＰ基板、１０２はｎ−ＩｎＰクラッド層、１０３はｎ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層、１０４はｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層、１０５はＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸層、１０６はｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層、１０７はｐ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層、１０８はｐ−ＩｎＰ層、１１０はｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層、そして１２１はｐ−ＩｎＰ層である。
【０００６】
図３５、図３６及び図３７を参照して、次にＳiＯ2絶縁膜パターン１２２上にレジストを塗布し、ＳiＯ2絶縁膜開口１２２ａの並びに沿うレジストパターン開口１２４ａを有するレジストパターン１２４を、写真製版工程により形成する。この工程の結果が図３５、図３６、図３７及び図３８である。
図３５において、レジストパターン開口１２４ａの幅（ｗ20）は１．８μｍでこの幅は後に形成する光導波路リッジの幅と同じになっている。
図３７はｐ−ＩｎＰ層１２１がＳiＯ2絶縁膜パターン１２２に覆われた部分の断面を、図３８はｐ−ＩｎＰ層１２１がＳiＯ2絶縁膜パターン１２２に覆われておらずレジストパターン開口１２４ａの幅の寸法ｗ20にて、表面に露呈した部分の断面を示している。
【０００７】
次にＳiＯ2絶縁膜パターン１２２とレジストパターン１２４とをマスクとし、エッチング媒体としてメタンガスと水素プラズマとを用いたドライエッチングにより、ＳiＯ2絶縁膜パターン１２２とレジストパターン１２４との無い部分つまり、図３８にて断面で表面に露呈した部分の、ｐ−ＩｎＰ層１２１とｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層１１０とがエッチングされ、ｐ−ＩｎＰ層１０８を露呈させる。
ついで、ＳiＯ2絶縁膜パターン１２２とレジストパターン１２４とを除去する。この工程の結果が図３９、及び図４０である。
この後、ｐ−ＩｎＰ層を埋込成長させることにより、ｐ−ＩｎＧａＡｓ／ｐ−ＩｎＰ層からなる回折格子層が形成される。
【０００８】
この従来の回折格子の製造方法において、ＳiＯ2絶縁膜パターン１２２とレジストパターン１２４とをマスクとし、エッチング媒体としてメタンガスと水素プラズマとを用いたドライエッチングにおいて、エッチング媒体であるメタンガスと水素プラズマが有機物であるレジストと反応してエッチングレートを決めるメタンガスと水素プラズマの濃度が変化し、場合によってはレジストパターン開口１２４ａの幅ｗ20に沿った方向のエッチングの深さが均一にならないということが発生することがあった。
【０００９】
図４１は従来の回折格子のＳiＯ2絶縁膜開口１２２ａの幅ｗ10に沿った方向の深さ分布を示す模式図、図４２はレジストパターン開口１２４ａの幅ｗ20に沿った方向の深さ分布を示す模式図である。
図４２から判るように、レジストに近い側の溝深さはエッチングレートが遅くなったために浅くなっている。またレジストの表面状態により、レジストとメタン及び水素プラズマとの反応が変化するためにエッチングレートのレジストの表面状態による依存性が発生し、ロット毎にエッチングレートが異なるということがあった。このために、リッジ導波路の幅方向において均一な厚さを有する回折格子の形成がし難く、半導体レーザのレーザ特性にばらつきが生じ、延いては半導体レーザ装置の歩留まりが低下するという問題点があった。
【００１０】
この発明は上記の問題点を解消するためになされたもので、第１の目的は、均一な厚みの回折格子を有しレーザ特性の揃った半導体レーザを容易に製造することができる半導体レーザの製造方法を提供することである。
なお、公知技術として、特開平６−２９１４０８号公報がある。この公報には、回折格子を形成するパターン形成膜の材料として、レジスト、酸化膜あるいは窒化膜が使用されることが記載されている。
【００１１】
また、特開昭６２−１６５３９２号公報には、λ／４シフト型回折格子を形成するときに周期性が反転した各領域のエッチングをＳiＯ2酸化膜のパターニング層とアルミニウム膜のパターニング層を使用して個別にエッチングする製造方法が記載されている。
【００１２】
さらに、特開昭６２−１３９５０３号公報には、特定の領域に回折格子を形成するために、特定の領域を窓とした第１のフォトレジストのマスクパターンと第１のフォトレジストと反応しない回折格子形成用の第２のフォトレジストのマスクパターンとを重ねて形成し、これら２種類のマスクパターンをマスクとしてエッチングし回折格子を形成する方法が記載されている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の第１クラッド層、活性層、第２導電型の第１の第２クラッド層、第２導電型であって第２クラッド層と屈折率の異なる半導体層、及び第２導電型の第２の第２クラッド層を順次積層する第１の工程と、第３の第２クラッド層の表面上に第１の絶縁膜を形成し、この第１の絶縁膜により光導波路方向と交差する方向に所定の長さを有して延在する帯状の形状を有し光導波路方向に所定の間隔で複数並列した第１の開口部を有する第１の絶縁膜パターンを形成する第２の工程と、第１の絶縁膜パターンを介して半導体基板上に第２の絶縁膜を形成した後、第２の絶縁膜により光導波路方向に延在した帯状の形状を有しその幅が第１の開口部の光導波路方向と交差する方向の長さより狭い幅の第２の開口部を有する第２の絶縁膜パターンを、第１の絶縁膜パターンを残して形成する第３の工程と、第２の絶縁膜パターン及び第１の絶縁膜パターンをマスクとして第３の第２クラッド層および半導体層をエッチングし半導体層を貫通する第３の開口部を形成する第４の工程と、第２の絶縁膜パターン及び第１の絶縁膜パターンを除去し、第２導電型の第３の第２クラッド層により第３の開口部を介して第２の第２クラッド層および半導体層を埋込む第５の工程と、を含むもので、第１の開口部を有するマスクパターンと第２の開口を有するマスクパターンとをともに絶縁膜とすることにより、エッチングの際にマスクパターン材料とエッチング媒体との反応が起こりにくくし、マスクパターン材料とエッチング媒体との反応に基づくエッチングレートの不安定な変動を抑制することができる。
【００１４】
さらに、第１の工程において、活性層を量子井戸構造とするとともに、第１クラッド層と活性層との間に第１導電型の第１光閉じ込め層を、活性層と第１の第２クラッド層との間に第２導電型の第２光閉じ込め層をそれぞれさらに形成するもので、量子井戸構造の半導体レーザの製造方法において第１の開口部を有するマスクパターンと第２の開口を有するマスクパターンとをともに絶縁膜とすることにより、エッチングの際にマスクパターン材料とエッチング媒体との反応が起こりにくくし、マスクパターン材料とエッチング媒体との反応に基づくエッチングレートの不安定な変動を抑制することができる。
【００１５】
またさらに、第３の工程において、所定のエッチング媒体に対して第１の絶縁膜のエッチングレートが第２の絶縁膜のエッチングレートより小さくなるようにするもので、第１の絶縁膜パターンを残し第２の開口部の形成を行うための第２の絶縁膜のエッチングの制御を行いやすくすることができる。
【００１６】
さらに、第１の絶縁膜をＳiＯ2膜、第２の絶縁膜をＳiＮ膜としたもので、扱いやすい材料で、第１の絶縁膜パターンを残し第２の開口部の形成を行うための第２の絶縁膜のエッチングの制御を行いやすくすることができる。
【００１７】
またさらに、第４の工程において、第２の絶縁膜パターン及び第１の絶縁膜パターンをマスクとして、メタンガスと水素プラズマとをエッチング媒体としたドライエッチングによりエッチングするもので、第２の絶縁膜パターン及び第１の絶縁膜パターンがエッチング媒体との反応を起こしにくいので、エッチング媒体の濃度が安定し、ドライエッチングの際のエッチングレートを安定させることができる。
【００１８】
またさらに、第３の第２クラッド層上に第３の絶縁膜を形成し、この第３の絶縁膜により第３の開口部の直上において第３の開口部と対向し第３の開口部の光導波路方向と交差する方向の長さに対応した幅を有して光導波路方向に延在した帯状の部分を残しこの帯状の部分の両側に所定の幅の第４の開口を有する第３の絶縁膜パターンを形成し、この第３の絶縁膜パターンをマスクとして、第１の第２クラッド層を除去し第１の第２クラッド層の下層表面を露呈させるエッチング工程をさらに含むもので、リッジ光導波路型の半導体レーザにおいて、第１の開口部を有するマスクパターンと第２の開口を有するマスクパターンとをともに絶縁膜とすることにより、エッチングの際にマスクパターン材料とエッチング媒体との反応が起こりにくくし、マスクパターン材料とエッチング媒体との反応に基づくエッチングレートの不安定な変動を抑制することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の一つの実施の形態に係る半導体レーザの一部破断斜視図である。図２は図１の２−２断面における半導体レーザの断面図である。
【００２０】
図１および図２において、８０はこの実施の形態に係るリッジ導波路を備えたＤＦＢレーザである。８２は光導波路リッジで半導体レーザ８０の中央部にレーザ光の出射方向に延在している。
１は半導体基板としてのｎ−ＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＰ基板１の上に配設された第１クラッド層としてのｎ−ＩｎＰの第１ｎクラッド層で厚さは１μｍ、キャリア濃度はＮ＝１×１０１８ｃｍ−３、３はｎ−第１クラッド層２の上に配設されたｎ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層で厚さは０．１μｍ、キャリア濃度はＮ＝１×１０１８ｃｍ−３、４はｎ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層３の上に配設された第１導電型の第１光閉じ込め層としてのｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓのｎ−光閉じ込め層で厚さは０．１μｍ、キャリア濃度はＮ＝１×１０１８ｃｍ−３、５は活性層としてのＡｌＧａＩｎＡｓの量子井戸層で、この実施の形態では量子井戸構造の活性層を用いているが、バルクの活性層でもよい。
【００２１】
６は量子井戸層５の上に配設された第２導電型の第２光閉じ込め層としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓのｐ−光閉じ込め層で厚さは０．１μｍ、キャリア濃度はＮ＝１×１０１８ｃｍ−３、７はｐ−光閉じ込め層６の上に配設されたｐ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層で厚さは０．１μｍ、キャリア濃度はＮ＝１、×１０１８ｃｍ−３である。
【００２２】
８は光導波路リッジ８２の最下層の第２導電型の第１の第２クラッド層としてのｐ−ＩｎＰの第１ｐ−クラッド層で厚さは０．１μｍ、キャリア濃度はＮ＝１×１０１８ｃｍ−３、９はｐ−第１ＩｎＰ層８上に配設されたｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層９ａとｐ−ＩｎＰ層９ｂとで構成される回折格子層（以下、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層９ａとｐ−ＩｎＰ層９ｂとの構成をｐ−ＩｎＧａＡｓＰ／ｐ−ＩｎＰと表記する）で、回折格子層９は光導波方向にピッチｐ1＝２０００Åの周期構造を有し、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層９ａとｐ−ＩｎＰ層９ｂはともにｐ1／２、つまり１０００Åで交互に配設されている。ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層９ａの厚みは０．０６μｍ、キャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。
【００２３】
１０は回折格子層９の上に配設された第２導電型の第２の第２クラッド層としてのｐ−ＩｎＰからなる第２ｐ−クラッド層、１１は第２ｐ−クラッド層１０の上に配設された第２導電型の第３の第２クラッド層としてのｐ−ＩｎＰからなる第３ｐ−クラッド層で、第２ｐ−クラッド層１０と第３ｐ−クラッド層１１とで厚さが１．５μｍ、キャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３、１２はｐ−ＩｎＧａＡｓのコンタクト層で、厚さが０．１μｍ、キャリア濃度は１×１０１９ｃｍ−３である。光導波路リッジ８２は第１ｐ−クラッド層８、回折格子層９、第２ｐ−クラッド層１０、第３ｐ−クラッド層１１及びコンタクト層１２により構成され、光導波路リッジ８２の幅は１．８μｍである。
【００２４】
１３は半導体レーザ表面を覆うＳiＯ2絶縁膜で、光導波路リッジ８２の頂部に光導波路方向に延長された電流経路となる開口部１３ａを有している。１４はＴi層とＡu層で構成された半導体レーザ８０のｐ型電極、１５はｎ−ＩｎＰ基板１の裏面上に配設されたＡｕ層、Ｇe層、Ｎi層及びＡu層で構成された半導体レーザ８０のｎ型電極である。
【００２５】
次に半導体レーザ８０の製造方法について説明する。
図３，図４、図６、図７、図９、図１１、図１３、図１４、図１６，図１７、図１９、図２０、図２２、図２３、図２４、図２７、図２８、図２９、図３０、図３１、及び図３２はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの断面図、図５、図８、及び図２１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの平面図、図１０、図１２、図１５、及び図１８はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの一部透過平面図である。これらの平面図または一部透過平面図における斜線は断面を示すためではなく、各層を明確にするために画いたものである。
【００２６】
また、図６は図５の６−６断面における、図９は図８の９−９断面における、図１１は図１０の１１−１１断面における、図１３は図１２の１３−１３断面における、図１４は図１２の１４−１４断面における、図１６は図１５の１６−１６断面における、図１７は図１５の１７−１７断面における、図１９は図１８の１９−１９断面における、図２０は図１８の２０−２０断面における、図２２は図２１の２２−２２断面における、図２３は図２１の２３−２３断面における、図２４は図２１の２４−２４断面における断面図である。
【００２７】
また、図３，図４、図６、図７、図９、図１１、及び図２４は光導波路に沿う方向の断面における断面図、図１３、図１４、図１６，図１７、図１９、図２０、図２２、図２３、図２７、図２８、図２９、図３０、図３１、及び図３２は光導波路に直交する断面における断面図である。
【００２８】
図３に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１となるｎ−ＩｎＰ基板３１上に、ｎ−第１クラッド層２としてのｎ−ＩｎＰ層３２、ｎ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層３としてのｎ−ＡｌＩｎＡｓ層３３、ｎ−光閉じ込め層４としてのｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ３４、量子井戸層５としてのＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸層３５、ｐ−光閉じ込め層６としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層３６、ｐ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層７としてのｐ−ＡｌＩｎＡｓ層３７、第１ｐ−クラッド層８としてのｐ−ＩｎＰ層３８、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ／ｐ−ＩｎＰの回折格子層９の一方を構成するｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９、および第２ｐ−クラッド層１０としてのｐ−ＩｎＰ層４０を、例えばＭＯＣＶＤ法により順次積層成長させる。このウエハに写真製版の位置合わせ用にマーカー（図示せず）をエッチングにより形成しておく。
【００２９】
次に図４に示すように、例えばプラズマＣＶＤにより、ｐ−ＩｎＰ層４０の表面にＳiＯ2絶縁膜４１を形成し、このＳiＯ2絶縁膜４１表面にレジスト膜４２を塗布する。
次に図５及び図６に示すように、レジスト膜４２において長さａ1＝１０μｍ、幅ｗ1＝１０００Åの矩形状領域を、光導波路方向にピッチｐ1＝２０００Åで周期的にＥＢ露光を行い現像し、レジスト膜開口４２ｂを有するレジストパターン４２ａを形成する。
回折格子層９の幅は１．８μｍで、レジスト膜開口４２ｂの長さａ1＝１０μｍは回折格子層９の幅より大幅に長くなっているが、これを最初から短く形成するとパターンむらが発生して、正確なパターニングができないためである。
【００３０】
次に図７に示すように、レジストパターン４２ａをマスクとして、エッチング媒体としてＣＨＦ3とＯ2ガスとを用い、ドライエッチングを行い、ＳiＯ2絶縁膜４１を完全に除去し、ｐ−ＩｎＰ層４０を露呈させる。
次に図８および図９に示すようにレジストパターン４２ａを除去する。これによりＳiＯ2絶縁膜開口４１ｂを有するＳiＯ2絶縁膜パターン４１ａを形成する。次に図１０および図１１に示すように、ＳiＯ2絶縁膜パターン４１ａを介して全面に、例えばプラズマＣＶＤによりＳiＮ絶縁膜４３を形成する。図１０においてＳiＮ絶縁膜４３は透過層で示し斜線を施している。
【００３１】
次に図１２に示すように、ＳiＮ絶縁膜４３の表面上にレジスト膜を塗布し、最初に形成したマーカーを基準にしてステッパーによる写真製版工程により、ＳiＯ2絶縁膜開口４１ｂの配列の直上において光導波路方向の沿って、リッジ光導波路８２と同じ幅のレジスト膜開口４４ｂを有するレジストパターン４４を形成する。レジスト膜開口４４ｂの開口幅ｗ2は約１．８μｍである。
図１３はＳiＯ2絶縁膜開口４１ｂがある部分の断面図であり、図１４はＳiＯ2絶縁膜開口４１ｂが無い部分の断面図である。また図１２の光導波路方向に沿った断面であるＡ−Ａ断面では図１１と同じ図になる。
【００３２】
次に、図１５、図１６及び図１７に示すように、レジストパターン４４をマスクとして、エッチング媒体としてＣＨＦ3とＯ2との混合ガスを用いて、ＳiＮ絶縁膜４３の下層のＳiＯ2絶縁膜パターン４１ａを残しながら、ＳiＮ絶縁膜４３のドライエッチングを行い完全に除去し、ＳiＮ絶縁膜開口４３ｂを有するＳiＮ絶縁膜パターン４３ａを形成する。ＳiＮ絶縁膜開口４３ｂの開口幅はｗ2である。
ＣＨＦ3とＯ2との混合ガスを用いた場合には、ＳiＮ絶縁膜４３のエッチングレートはＳiＯ2絶縁膜パターン４１ａのエッチングレートに比べて３倍程度速いので、エッチング時間によるエッチングの制御が容易になり、安定したドライエッチングが可能となる。
【００３３】
図１６はＳiＯ2絶縁膜開口４１ｂがある部分の断面図であり、図１７はＳiＯ2絶縁膜開口４１ｂが無い部分の断面図である。図１５においてはＳiＮ絶縁膜パターン４３ａとレジストパターン４４とを透過層として画きそれぞれの斜線を重ねて画いている。また図１５の光導波路方向に沿った断面であるＢ−Ｂ断面では図９と同じ図になる。
次に、図１８、図１９、及び図２０に示すように、レジストパターン４４を除去する。図１９はＳiＯ2絶縁膜開口４１ｂがある部分の断面図であり、図２０はＳiＯ2絶縁膜開口４１ｂが無い部分の断面図である。図１８においてはＳiＮ絶縁膜パターン４３ａを透過層として画き、斜線を施している。
【００３４】
次に、図２１、図２２、図２３、及び図２４に示すように、ＳiＮ絶縁膜パターン４３ａとＳiＯ2絶縁膜パターン４１ａとをマスクとして、エッチング媒体としてメタンガスと水素プラズマとを用いて、ｐ−ＩｎＰ層４０とｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９とをエッチングして除去し、この結果形成された開口４５を介してｐ−ＩｎＰ層３８を露呈させる。この後ＳiＮ絶縁膜パターン４３ａとＳiＯ2絶縁膜パターン４１ａとを除去する。
図２２は開口４５のある部分の断面図で、図２３は開口４５の無い部分の断面図である。
【００３５】
形成された開口４５は光導波方向の幅がｗ1つまり１０００Åで、光導波方向と直交する方向の長さがｗ2つまり１．８μｍの矩形状であり、光導波方向に１０００Å間隔で、つまりピッチｐ1＝２０００Åで、並列している。
ｐ−ＩｎＰ層４０とｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９とをエッチングするこの工程において、この実施の形態ではＳiＮ絶縁膜パターン４３ａを使用しているが、従来技術ではレジストパターンを使用していた。このためエッチング媒体として使用しているメタンガスと水素プラズマとがレジストパターンと反応して、エッチング媒体の濃度が不安定になり、エッチングレートに影響を及ぼしていたが、ＳiＮ絶縁膜パターン４３ａを使用することにより、エッチング媒体として使用しているメタンガスと水素プラズマとがＳiＮ絶縁膜パターン４３ａと反応し難いために、エッチングに際してエッチング媒体の濃度が安定し、エッチングレートが変動しにくくなった。このため各ロット毎の開口４５の深さが均一に形成され、光導波方向と直交する方向の回折格子層９の厚みが均一に形成されるようになった。
【００３６】
なおこの実施の形態１では、ＳiＮ絶縁膜パターン４３ａとＳiＯ2絶縁膜パターン４１ａとをマスクとして用いているが、ＳiＮ絶縁膜パターン４３ａに替えてＳiＯ2絶縁膜パターンを用いても構わない。
図２５及び図２６はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの回折格子層の開口の深さを示す模式図である。
従来の製造方法によって形成された回折格子層の開口の深さ形状を示す図４１及び図４２と比較して、この実施の形態に係る製造方法により形成された開口４５においては、光導波方向と直交する方向の深さが均一に形成されていることが判る。
【００３７】
次に図２７に示すように、開口４５を介して、ｐ−ＩｎＰ層３８の表面上に第３ｐ−クラッド層１１としてのｐ−ＩｎＰ層４６を埋込成長させる。この埋込成長により、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ／ｐ−ＩｎＰの回折格子層９が形成されたことになる。さらにｐ−ＩｎＰ層４６の上にコンタクト層１２としてのｐ−ＩｎＧａＡｓ層４７を形成する。
次に図２８に示すように、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層４７の表面上にＳiＯ2絶縁膜を形成し、開口４５の真上に光導波方向と直交する方向の長さがｗ2つまり１．８μｍの幅で光導波方向に延在した帯状の部分を残して、この両側に光導波路リッジ８２を形成するための開口４８ｂを有するＳiＯ2絶縁膜パターン４８を形成する。
次に、図２９に示すように、ＳiＯ2絶縁膜パターン４８をマスクとしてドライエッチングにより、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層４７を完全に除去し、ｐ−ＩｎＰ層４６の途中までエッチングする。
【００３８】
次に、図３０に示すように、ＳiＯ2絶縁膜パターン４８をマスクとしてウエットエッチングによりｐ−ＩｎＰ層４６、ｐ−ＩｎＰ層４０を完全に除去し、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９で止める。
このエッチングのエッチング液としては、例えば塩酸とリン酸の混合液（混合比は塩酸対リン酸が１：２）を用いる。この塩酸とリン酸の混合液を用いればＩｎＰ層とＩｎＧａＡｓＰ層のエッチングの選択比が大きく、つまりＩｎＰ層のエッチングレートが速く、ＩｎＧａＡｓＰ層のエッチングレートが遅いので、ＩｎＧａＡｓＰ層４７で止めることができる。また塩酸とリン酸の混合液は下部方向にのみエッチングが進み、横方向にはほとんどエッチングされないので、垂直なリッジを形成することができる。
さらにＳiＯ2絶縁膜パターン４８をマスクとして、ドライエッチングによりｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９を完全に除去し、ｐ−ＩｎＰ層３８の途中までエッチングする。
【００３９】
次に図３１に示すように、ＳiＯ2絶縁膜パターン４８をマスクとして、ウエットエッチングにより、ｐ−ＩｎＰ層３８を完全に除去し、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ層３７に少し入り込む程度で止める。
このエッチングのエッチング液としては、例えば塩酸とリン酸の混合液（混合比は塩酸対リン酸が１：２）を用いる。ＡｌＩｎＡｓ層のエッチングレートはＩｎＰ層に比べて少し遅くなるので、エッチングレートを考慮し、エッチング時間を設定することにより、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ層３７に少し入り込む程度で止めることができる。
【００４０】
先の開口４５が光導波方向と直交する方向の長さをｗ2つまり１．８μｍとし、後に形成するリッジ幅と同じにする理由は、ｐ−ＩｎＰ層３８を除去するエッチングの際にｐ−ＩｎＰ層とｐ−ＡｌＩｎＡｓ層との間にあまりエッチングレートの差がないことに起因している。
すなわち、ウエットエッチングによりｐ−ＩｎＰ層４６、ｐ−ＩｎＰ層４０を完全に除去し、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９で止める工程において、エッチングの制御はエッチング時間により行うため少しオーバーエッチ気味にエッチング時間を設定する。
【００４１】
このためにｐ−ＩｎＧａＡｓＰ／ｐ−ＩｎＰの回折格子層９が後に形成するリッジ幅より広い幅で形成されていると、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９がある部分ではエッチングが停止するがｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９が無い部分ではさらにエッチングが進む。
この後、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９をドライエッチングにより除去したとしてもｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９のあったところと無かったところでは、ｐ−ＩｎＰ層３８の厚みが異なり、ｐ−ＩｎＰ層とｐ−ＡｌＩｎＡｓ層との間にあまりエッチングレートの差がないことから、ｐ−ＩｎＰ層３８をエッチングするときに設定されたエッチング時間において、このｐ−ＩｎＰ層３８の厚みの差によって、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ層３７に深くエッチングされる部分が発生する。そうするとレーザ特性にばらつきが生じやすくなるために回折格子層９の幅とリッジ幅とを同じに形成しておくのである。
【００４２】
次に図３２に示すように、ＳiＯ2絶縁膜パターン４８を除去し、改めてウエハ全面にＳiＯ2絶縁膜４９を形成し、光導波路リッジ８２の頂部に電流経路としての開口４９ａを形成する。
さらに、ＳiＯ2絶縁膜４９上にＴi層とＡu層で構成された半導体レーザ８０のｐ型電極及びｎ−ＩｎＰ基板３１を所定の厚さに研磨しこのｎ−ＩｎＰ基板３１の裏面上に配設されたＡｕ層、Ｇe層、Ｎi層及びＡu層で構成されたｎ型電極を形成し、図１及び図２に示された半導体レーザ８０として完成する。
【００４３】
以上述べたようにこの実施の形態に係る半導体レーザの製造方法においては、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ／ｐ−ＩｎＰの回折格子層９の形成に際して、光導波路リッジと同じ幅の開口４５を形成するドライエッチングにおいて、エッチング媒体としてメタンガスと水素プラズマとを用いてＳiＮ絶縁膜パターン４３ａとＳiＯ2絶縁膜パターン４１ａとをマスクとして、ｐ−ＩｎＰ層４０とｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９とをエッチングして除去している。
このためマスクパターンとエッチング媒体との反応を防止することができ、マスクパターンとエッチング媒体との反応に基づきエッチング媒体の濃度が変動するという不具合を防止することができ、エッチングの際のエッチングレートが不安定に変動することを防止することができる。
【００４４】
従って、ｐ−ＩｎＰ層４０とｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９とに形成された開口４５の深さを均一にすることができ、回折格子層の厚みを均一にすることができる。延いては、安定した光学特性を有する回折格子を形成することができ、レーザ特性の安定した光導波路リッジを備えたＤＦＢレーザを形成することができる。このためレーザ特性の揃った半導体レーザ装置を安価に提供することができる。
【００４５】
【発明の効果】
この発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は以上に説明したような工程を備えているので、以下のような効果を有する。
この発明に係る半導体レーザ装置の製造方法においては、第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の第１クラッド層、活性層、第２導電型の第１の第２クラッド層、第２導電型であって第２クラッド層と屈折率の異なる半導体層、及び第２導電型の第２の第２クラッド層を順次積層する第１の工程と、第３の第２クラッド層の表面上に第１の絶縁膜を形成し、この第１の絶縁膜により光導波路方向と交差する方向に所定の長さを有して延在する帯状の形状を有し光導波路方向に所定の間隔で複数並列した第１の開口部を有する第１の絶縁膜パターンを形成する第２の工程と、第１の絶縁膜パターンを介して半導体基板上に第２の絶縁膜を形成した後、第２の絶縁膜により光導波路方向に延在した帯状の形状を有しその幅が第１の開口部の光導波路方向と交差する方向の長さより狭い幅の第２の開口部を有する第２の絶縁膜パターンを、第１の絶縁膜パターンを残して形成する第３の工程と、第２の絶縁膜パターン及び第１の絶縁膜パターンをマスクとして第３の第２クラッド層および半導体層をエッチングし半導体層を貫通する第３の開口部を形成する第４の工程と、第２の絶縁膜パターン及び第１の絶縁膜パターンを除去し、第２導電型の第３の第２クラッド層により第３の開口部を介して第２の第２クラッド層および半導体層を埋込む第５の工程と、を含むもので、第１の開口部を有するマスクパターンと第２の開口を有するマスクパターンとをともに絶縁膜とすることにより、エッチングの際にマスクパターン材料とエッチング媒体との反応が起こりにくくし、マスクパターン材料とエッチング媒体との反応に基づくエッチングレートの不安定な変動を抑制することができる。
従って、回折格子層の厚みを均一にすることができるので、安定した光学特性を有する回折格子を形成することができ、レーザ特性の安定したＤＦＢレーザを形成することができる。延いてはレーザ特性の揃ったＤＦＢレーザ装置を安価に提供することができる。
【００４６】
さらに、第１の工程において、活性層を量子井戸構造とするとともに、第１クラッド層と活性層との間に第１導電型の第１光閉じ込め層を、活性層と第１の第２クラッド層との間に第２導電型の第２光閉じ込め層をそれぞれさらに形成するもので、活性層が量子井戸構造の半導体レーザの製造方法において、第１の開口部を有するマスクパターンと第２の開口を有するマスクパターンとをともに絶縁膜とすることにより、エッチングの際にマスクパターン材料とエッチング媒体との反応が起こりにくくし、マスクパターン材料とエッチング媒体との反応に基づくエッチングレートの不安定な変動を抑制することができる。
従って、活性層が量子井戸構造の半導体レーザにおいて回折格子層の厚みを均一にすることができるので、安定した光学特性を有する回折格子を形成することができ、レーザ特性の安定したＤＦＢレーザを形成することができる。延いてはレーザ特性の揃ったＤＦＢレーザ装置を安価に提供することができる。
【００４７】
またさらに、第３の工程において、所定のエッチング媒体に対して第１の絶縁膜のエッチングレートが第２の絶縁膜のエッチングレートより小さくなるようにするもので、第１の絶縁膜パターンを残し第２の開口部の形成を行うための第２の絶縁膜のエッチングの制御を行いやすくすることができる。このため回折格子の製造工程を簡易に行うことができる。延いてはＤＦＢレーザ装置の歩留まりを高めることができる。
【００４８】
さらに、第１の絶縁膜をＳiＯ2膜、第２の絶縁膜をＳiＮ膜としたもので、扱いやすい材料で、第１の絶縁膜パターンを残し第２の開口部の形成を行うための第２の絶縁膜のエッチングの制御を行いやすくすることができる。このため回折格子の製造工程をさらに簡易に行うことができる。延いてはＤＦＢレーザ装置を安価に、歩留まりを高めることができる。
【００４９】
またさらに、第４の工程において、第２の絶縁膜パターン及び第１の絶縁膜パターンをマスクとして、メタンガスと水素プラズマとをエッチング媒体としたドライエッチングによりエッチングするもので、第２の絶縁膜パターン及び第１の絶縁膜パターンがエッチング媒体との反応を起こしにくいので、エッチング媒体の濃度が安定し、ドライエッチングの際のエッチングレートを安定させることができる。従って、良好な特性を有する回折格子を安定的に効率よく形成することができ、延いてはレーザ特性の揃ったＤＦＢレーザ装置を安価に提供することができる。
【００５０】
またさらに、第３の第２クラッド層上に第３の絶縁膜を形成し、この第３の絶縁膜により第３の開口部の直上において第３の開口部と対向し第３の開口部の光導波路方向と交差する方向の長さに対応した幅を有して光導波路方向に延在した帯状の部分を残しこの帯状の部分の両側に所定の幅の第４の開口を有する第３の絶縁膜パターンを形成し、この第３の絶縁膜パターンをマスクとして、第１の第２クラッド層を除去し第１の第２クラッド層の下層表面を露呈させるエッチング工程をさらに含むもので、リッジ光導波路型の半導体レーザにおいて、第１の開口部を有するマスクパターンと第２の開口を有するマスクパターンとをともに絶縁膜とすることにより、エッチングの際にマスクパターン材料とエッチング媒体との反応が起こりにくくし、マスクパターン材料とエッチング媒体との反応に基づくエッチングレートの不安定な変動を抑制することができる。
従って、光導波路リッジを備えたＤＦＢレーザにおいて回折格子層の厚みを均一にすることができるので、安定した光学特性を有する回折格子を形成することができ、レーザ特性の安定した光導波路リッジを備えたＤＦＢレーザを形成することができる。延いてはレーザ特性の揃ったリッジ導波路型ＤＦＢレーザ装置を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一つの実施の形態に係る半導体レーザの一部破断斜視図である。
【図２】 図１の２−２断面における半導体レーザの断面図である。
【図３】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図４】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図５】 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの平面図である。
【図６】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図７】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図８】 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの平面図である。
【図９】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図１０】 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの一部透過平面図である。
【図１１】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図１２】 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの一部透過平面図である。
【図１３】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図１４】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図１５】 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの一部透過平面図である。
【図１６】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図１７】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図１８】 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの一部透過平面図である。
【図１９】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図２０】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図２１】 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの平面図である。
【図２２】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図２３】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図２４】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図２５】 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの回折格子層の開口の深さを示す模式図である。
【図２６】 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの回折格子層の開口の深さを示す模式図である。
【図２７】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図２８】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図２９】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図３０】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図３１】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図３２】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図３３】 従来の半導体レーザの製造方法の一工程を示す半導体レーザの平面図である。
【図３４】 従来の半導体レーザの製造方法の一工程を示す半導体レーザの断面図である。
【図３５】 従来の半導体レーザの製造方法の一工程を示す半導体レーザの平面図である。
【図３６】 従来の半導体レーザの製造方法の一工程を示す半導体レーザの断面図である。
【図３７】 従来の半導体レーザの製造方法の一工程を示す半導体レーザの断面図である。
【図３８】 従来の半導体レーザの製造方法の一工程を示す半導体レーザの断面図である。
【図３９】 従来の半導体レーザの製造方法の一工程を示す半導体レーザの平面図である。
【図４０】 従来の半導体レーザの製造方法の一工程を示す半導体レーザの断面図である。
【図４１】 従来の半導体レーザの回折格子層の開口の深さを示す模式図である。
【図４２】 従来の半導体レーザの回折格子層の開口の深さを示す模式図である。
【符号の説明】
３１ ｎ−ＩｎＰ基板、 ３２ ｎ−ＩｎＰ層、 ３５ ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸層、 ３８ ｐ−ＩｎＰ層、 ３９ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層、 ４０ ｐ−ＩｎＰ層、 ４１ ＳiＯ2絶縁膜４１、 ４１ｂ ＳiＯ2絶縁膜開口、 ４１ａ ＳiＯ2絶縁膜パターン、 ４３ ＳiＮ絶縁膜、 ４３ｂ ＳiＮ絶縁膜開口、 ４３ａ ＳiＮ絶縁膜パターン、 ４５ 開口、４６ ｐ−ＩｎＰ層、 ３４ ｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層、 ３６ ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層、 ４８ｂ 開口、 ４８ ＳiＯ2絶縁膜パターン。
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体レーザ装置の製造方法に係り、特に分布帰還型半導体レーザの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回折格子を光導波路リッジ内部に形成した従来の光導波路リッジを備えた分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢレーザという）においては、半導体レーザ装置の製造方法の工程の一部である回折格子を形成する際に、リッジ幅より広めの回折格子形状の開口を有するＳiＯ2膜のマスクパターンとこのマスクパターンの上層に形成されたリッジ幅と同じ幅を有し光導波路方向に延長された開口を備えたレジストパターンとを用いて、リッジ幅と同じ幅になる回折格子層のエッチングを行っていた。
【０００３】
従来の回折格子の製造方法について説明する。
図３３、図３５、及び図３９は、例えば特願２０００−３５２４５０号に記載された従来の半導体レーザの製造方法の一工程を示す半導体レーザの平面図で、図３４は図３３の３４−３４断面における半導体レーザの断面図、図３６は図３５の３６−３６断面における半導体レーザの断面図、図３７は図３５の３７−３７断面における半導体レーザの断面図、図３８は図３５の３８−３８断面における半導体レーザの断面図、そして図４０は図３９の４０−４０断面における半導体レーザの断面図である。
【０００４】
まず、ｎ型ＩｎＰ基板（以下“ｎ型”を“ｎ−”と、また“ｐ型”を“ｐ−”と表記する）上にｎ−ＩｎＰクラッド層、ｎ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層、ｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層、ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸層、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層、ｐ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層、ｐ−ＩｎＰ層、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層、及びｐ−ＩｎＰ層を積層成長させる。次いでＳiＯ2絶縁膜を形成し、その上にレジスト膜を形成する。
次いで、約２０００Åのピッチｐ10で、幅１０μｍでＥＢ露光を行って（露光部はピッチｐ10の１／２で１０００Å）現像し、レジストパターンを形成し、このレジストパターンを用いてＳiＯ2絶縁膜をエッチングし、ＳiＯ2絶縁膜パターンを形成し、ついでレジストパターンを除去する。この工程の結果が図３３及び図３４である。
【０００５】
図３３および図３４において１２２はＳiＯ2絶縁膜パターン、１２２ａはＳiＯ2絶縁膜開口で、ＳiＯ2絶縁膜開口１２２ａの長さａ10はＥＢの露光幅１０μｍに相当し、ＳiＯ2絶縁膜開口１２２ａの幅ｗ10はＥＢ露光のピッチｐ10の１／２、つまり１０００Åに相当する。
図３４において、１０１はｎ−ＩｎＰ基板、１０２はｎ−ＩｎＰクラッド層、１０３はｎ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層、１０４はｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層、１０５はＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸層、１０６はｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層、１０７はｐ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層、１０８はｐ−ＩｎＰ層、１１０はｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層、そして１２１はｐ−ＩｎＰ層である。
【０００６】
図３５、図３６及び図３７を参照して、次にＳiＯ2絶縁膜パターン１２２上にレジストを塗布し、ＳiＯ2絶縁膜開口１２２ａの並びに沿うレジストパターン開口１２４ａを有するレジストパターン１２４を、写真製版工程により形成する。この工程の結果が図３５、図３６、図３７及び図３８である。
図３５において、レジストパターン開口１２４ａの幅（ｗ20）は１．８μｍでこの幅は後に形成する光導波路リッジの幅と同じになっている。
図３７はｐ−ＩｎＰ層１２１がＳiＯ2絶縁膜パターン１２２に覆われた部分の断面を、図３８はｐ−ＩｎＰ層１２１がＳiＯ2絶縁膜パターン１２２に覆われておらずレジストパターン開口１２４ａの幅の寸法ｗ20にて、表面に露呈した部分の断面を示している。
【０００７】
次にＳiＯ2絶縁膜パターン１２２とレジストパターン１２４とをマスクとし、エッチング媒体としてメタンガスと水素プラズマとを用いたドライエッチングにより、ＳiＯ2絶縁膜パターン１２２とレジストパターン１２４との無い部分つまり、図３８にて断面で表面に露呈した部分の、ｐ−ＩｎＰ層１２１とｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層１１０とがエッチングされ、ｐ−ＩｎＰ層１０８を露呈させる。
ついで、ＳiＯ2絶縁膜パターン１２２とレジストパターン１２４とを除去する。この工程の結果が図３９、及び図４０である。
この後、ｐ−ＩｎＰ層を埋込成長させることにより、ｐ−ＩｎＧａＡｓ／ｐ−ＩｎＰ層からなる回折格子層が形成される。
【０００８】
この従来の回折格子の製造方法において、ＳiＯ2絶縁膜パターン１２２とレジストパターン１２４とをマスクとし、エッチング媒体としてメタンガスと水素プラズマとを用いたドライエッチングにおいて、エッチング媒体であるメタンガスと水素プラズマが有機物であるレジストと反応してエッチングレートを決めるメタンガスと水素プラズマの濃度が変化し、場合によってはレジストパターン開口１２４ａの幅ｗ20に沿った方向のエッチングの深さが均一にならないということが発生することがあった。
【０００９】
図４１は従来の回折格子のＳiＯ2絶縁膜開口１２２ａの幅ｗ10に沿った方向の深さ分布を示す模式図、図４２はレジストパターン開口１２４ａの幅ｗ20に沿った方向の深さ分布を示す模式図である。
図４２から判るように、レジストに近い側の溝深さはエッチングレートが遅くなったために浅くなっている。またレジストの表面状態により、レジストとメタン及び水素プラズマとの反応が変化するためにエッチングレートのレジストの表面状態による依存性が発生し、ロット毎にエッチングレートが異なるということがあった。このために、リッジ導波路の幅方向において均一な厚さを有する回折格子の形成がし難く、半導体レーザのレーザ特性にばらつきが生じ、延いては半導体レーザ装置の歩留まりが低下するという問題点があった。
【００１０】
この発明は上記の問題点を解消するためになされたもので、第１の目的は、均一な厚みの回折格子を有しレーザ特性の揃った半導体レーザを容易に製造することができる半導体レーザの製造方法を提供することである。
なお、公知技術として、特開平６−２９１４０８号公報がある。この公報には、回折格子を形成するパターン形成膜の材料として、レジスト、酸化膜あるいは窒化膜が使用されることが記載されている。
【００１１】
また、特開昭６２−１６５３９２号公報には、λ／４シフト型回折格子を形成するときに周期性が反転した各領域のエッチングをＳiＯ2酸化膜のパターニング層とアルミニウム膜のパターニング層を使用して個別にエッチングする製造方法が記載されている。
【００１２】
さらに、特開昭６２−１３９５０３号公報には、特定の領域に回折格子を形成するために、特定の領域を窓とした第１のフォトレジストのマスクパターンと第１のフォトレジストと反応しない回折格子形成用の第２のフォトレジストのマスクパターンとを重ねて形成し、これら２種類のマスクパターンをマスクとしてエッチングし回折格子を形成する方法が記載されている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の第１クラッド層、活性層、第２導電型の第１の第２クラッド層、第２導電型であって第２クラッド層と屈折率の異なる半導体層、及び第２導電型の第２の第２クラッド層を順次積層する第１の工程と、第３の第２クラッド層の表面上に第１の絶縁膜を形成し、この第１の絶縁膜により光導波路方向と交差する方向に所定の長さを有して延在する帯状の形状を有し光導波路方向に所定の間隔で複数並列した第１の開口部を有する第１の絶縁膜パターンを形成する第２の工程と、第１の絶縁膜パターンを介して半導体基板上に第２の絶縁膜を形成した後、第２の絶縁膜により光導波路方向に延在した帯状の形状を有しその幅が第１の開口部の光導波路方向と交差する方向の長さより狭い幅の第２の開口部を有する第２の絶縁膜パターンを、第１の絶縁膜パターンを残して形成する第３の工程と、第２の絶縁膜パターン及び第１の絶縁膜パターンをマスクとして第３の第２クラッド層および半導体層をエッチングし半導体層を貫通する第３の開口部を形成する第４の工程と、第２の絶縁膜パターン及び第１の絶縁膜パターンを除去し、第２導電型の第３の第２クラッド層により第３の開口部を介して第２の第２クラッド層および半導体層を埋込む第５の工程と、を含むもので、第１の開口部を有するマスクパターンと第２の開口を有するマスクパターンとをともに絶縁膜とすることにより、エッチングの際にマスクパターン材料とエッチング媒体との反応が起こりにくくし、マスクパターン材料とエッチング媒体との反応に基づくエッチングレートの不安定な変動を抑制することができる。
【００１４】
さらに、第１の工程において、活性層を量子井戸構造とするとともに、第１クラッド層と活性層との間に第１導電型の第１光閉じ込め層を、活性層と第１の第２クラッド層との間に第２導電型の第２光閉じ込め層をそれぞれさらに形成するもので、量子井戸構造の半導体レーザの製造方法において第１の開口部を有するマスクパターンと第２の開口を有するマスクパターンとをともに絶縁膜とすることにより、エッチングの際にマスクパターン材料とエッチング媒体との反応が起こりにくくし、マスクパターン材料とエッチング媒体との反応に基づくエッチングレートの不安定な変動を抑制することができる。
【００１５】
またさらに、第３の工程において、所定のエッチング媒体に対して第１の絶縁膜のエッチングレートが第２の絶縁膜のエッチングレートより小さくなるようにするもので、第１の絶縁膜パターンを残し第２の開口部の形成を行うための第２の絶縁膜のエッチングの制御を行いやすくすることができる。
【００１６】
さらに、第１の絶縁膜をＳiＯ2膜、第２の絶縁膜をＳiＮ膜としたもので、扱いやすい材料で、第１の絶縁膜パターンを残し第２の開口部の形成を行うための第２の絶縁膜のエッチングの制御を行いやすくすることができる。
【００１７】
またさらに、第４の工程において、第２の絶縁膜パターン及び第１の絶縁膜パターンをマスクとして、メタンガスと水素プラズマとをエッチング媒体としたドライエッチングによりエッチングするもので、第２の絶縁膜パターン及び第１の絶縁膜パターンがエッチング媒体との反応を起こしにくいので、エッチング媒体の濃度が安定し、ドライエッチングの際のエッチングレートを安定させることができる。
【００１８】
またさらに、第３の第２クラッド層上に第３の絶縁膜を形成し、この第３の絶縁膜により第３の開口部の直上において第３の開口部と対向し第３の開口部の光導波路方向と交差する方向の長さに対応した幅を有して光導波路方向に延在した帯状の部分を残しこの帯状の部分の両側に所定の幅の第４の開口を有する第３の絶縁膜パターンを形成し、この第３の絶縁膜パターンをマスクとして、第１の第２クラッド層を除去し第１の第２クラッド層の下層表面を露呈させるエッチング工程をさらに含むもので、リッジ光導波路型の半導体レーザにおいて、第１の開口部を有するマスクパターンと第２の開口を有するマスクパターンとをともに絶縁膜とすることにより、エッチングの際にマスクパターン材料とエッチング媒体との反応が起こりにくくし、マスクパターン材料とエッチング媒体との反応に基づくエッチングレートの不安定な変動を抑制することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の一つの実施の形態に係る半導体レーザの一部破断斜視図である。図２は図１の２−２断面における半導体レーザの断面図である。
【００２０】
図１および図２において、８０はこの実施の形態に係るリッジ導波路を備えたＤＦＢレーザである。８２は光導波路リッジで半導体レーザ８０の中央部にレーザ光の出射方向に延在している。
１は半導体基板としてのｎ−ＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＰ基板１の上に配設された第１クラッド層としてのｎ−ＩｎＰの第１ｎクラッド層で厚さは１μｍ、キャリア濃度はＮ＝１×１０１８ｃｍ−３、３はｎ−第１クラッド層２の上に配設されたｎ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層で厚さは０．１μｍ、キャリア濃度はＮ＝１×１０１８ｃｍ−３、４はｎ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層３の上に配設された第１導電型の第１光閉じ込め層としてのｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓのｎ−光閉じ込め層で厚さは０．１μｍ、キャリア濃度はＮ＝１×１０１８ｃｍ−３、５は活性層としてのＡｌＧａＩｎＡｓの量子井戸層で、この実施の形態では量子井戸構造の活性層を用いているが、バルクの活性層でもよい。
【００２１】
６は量子井戸層５の上に配設された第２導電型の第２光閉じ込め層としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓのｐ−光閉じ込め層で厚さは０．１μｍ、キャリア濃度はＮ＝１×１０１８ｃｍ−３、７はｐ−光閉じ込め層６の上に配設されたｐ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層で厚さは０．１μｍ、キャリア濃度はＮ＝１、×１０１８ｃｍ−３である。
【００２２】
８は光導波路リッジ８２の最下層の第２導電型の第１の第２クラッド層としてのｐ−ＩｎＰの第１ｐ−クラッド層で厚さは０．１μｍ、キャリア濃度はＮ＝１×１０１８ｃｍ−３、９はｐ−第１ＩｎＰ層８上に配設されたｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層９ａとｐ−ＩｎＰ層９ｂとで構成される回折格子層（以下、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層９ａとｐ−ＩｎＰ層９ｂとの構成をｐ−ＩｎＧａＡｓＰ／ｐ−ＩｎＰと表記する）で、回折格子層９は光導波方向にピッチｐ1＝２０００Åの周期構造を有し、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層９ａとｐ−ＩｎＰ層９ｂはともにｐ1／２、つまり１０００Åで交互に配設されている。ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層９ａの厚みは０．０６μｍ、キャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。
【００２３】
１０は回折格子層９の上に配設された第２導電型の第２の第２クラッド層としてのｐ−ＩｎＰからなる第２ｐ−クラッド層、１１は第２ｐ−クラッド層１０の上に配設された第２導電型の第３の第２クラッド層としてのｐ−ＩｎＰからなる第３ｐ−クラッド層で、第２ｐ−クラッド層１０と第３ｐ−クラッド層１１とで厚さが１．５μｍ、キャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３、１２はｐ−ＩｎＧａＡｓのコンタクト層で、厚さが０．１μｍ、キャリア濃度は１×１０１９ｃｍ−３である。光導波路リッジ８２は第１ｐ−クラッド層８、回折格子層９、第２ｐ−クラッド層１０、第３ｐ−クラッド層１１及びコンタクト層１２により構成され、光導波路リッジ８２の幅は１．８μｍである。
【００２４】
１３は半導体レーザ表面を覆うＳiＯ2絶縁膜で、光導波路リッジ８２の頂部に光導波路方向に延長された電流経路となる開口部１３ａを有している。１４はＴi層とＡu層で構成された半導体レーザ８０のｐ型電極、１５はｎ−ＩｎＰ基板１の裏面上に配設されたＡｕ層、Ｇe層、Ｎi層及びＡu層で構成された半導体レーザ８０のｎ型電極である。
【００２５】
次に半導体レーザ８０の製造方法について説明する。
図３，図４、図６、図７、図９、図１１、図１３、図１４、図１６，図１７、図１９、図２０、図２２、図２３、図２４、図２７、図２８、図２９、図３０、図３１、及び図３２はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの断面図、図５、図８、及び図２１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの平面図、図１０、図１２、図１５、及び図１８はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの一部透過平面図である。これらの平面図または一部透過平面図における斜線は断面を示すためではなく、各層を明確にするために画いたものである。
【００２６】
また、図６は図５の６−６断面における、図９は図８の９−９断面における、図１１は図１０の１１−１１断面における、図１３は図１２の１３−１３断面における、図１４は図１２の１４−１４断面における、図１６は図１５の１６−１６断面における、図１７は図１５の１７−１７断面における、図１９は図１８の１９−１９断面における、図２０は図１８の２０−２０断面における、図２２は図２１の２２−２２断面における、図２３は図２１の２３−２３断面における、図２４は図２１の２４−２４断面における断面図である。
【００２７】
また、図３，図４、図６、図７、図９、図１１、及び図２４は光導波路に沿う方向の断面における断面図、図１３、図１４、図１６，図１７、図１９、図２０、図２２、図２３、図２７、図２８、図２９、図３０、図３１、及び図３２は光導波路に直交する断面における断面図である。
【００２８】
図３に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１となるｎ−ＩｎＰ基板３１上に、ｎ−第１クラッド層２としてのｎ−ＩｎＰ層３２、ｎ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層３としてのｎ−ＡｌＩｎＡｓ層３３、ｎ−光閉じ込め層４としてのｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ３４、量子井戸層５としてのＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸層３５、ｐ−光閉じ込め層６としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層３６、ｐ−ＡｌＩｎＡｓクラッド層７としてのｐ−ＡｌＩｎＡｓ層３７、第１ｐ−クラッド層８としてのｐ−ＩｎＰ層３８、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ／ｐ−ＩｎＰの回折格子層９の一方を構成するｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９、および第２ｐ−クラッド層１０としてのｐ−ＩｎＰ層４０を、例えばＭＯＣＶＤ法により順次積層成長させる。このウエハに写真製版の位置合わせ用にマーカー（図示せず）をエッチングにより形成しておく。
【００２９】
次に図４に示すように、例えばプラズマＣＶＤにより、ｐ−ＩｎＰ層４０の表面にＳiＯ2絶縁膜４１を形成し、このＳiＯ2絶縁膜４１表面にレジスト膜４２を塗布する。
次に図５及び図６に示すように、レジスト膜４２において長さａ1＝１０μｍ、幅ｗ1＝１０００Åの矩形状領域を、光導波路方向にピッチｐ1＝２０００Åで周期的にＥＢ露光を行い現像し、レジスト膜開口４２ｂを有するレジストパターン４２ａを形成する。
回折格子層９の幅は１．８μｍで、レジスト膜開口４２ｂの長さａ1＝１０μｍは回折格子層９の幅より大幅に長くなっているが、これを最初から短く形成するとパターンむらが発生して、正確なパターニングができないためである。
【００３０】
次に図７に示すように、レジストパターン４２ａをマスクとして、エッチング媒体としてＣＨＦ3とＯ2ガスとを用い、ドライエッチングを行い、ＳiＯ2絶縁膜４１を完全に除去し、ｐ−ＩｎＰ層４０を露呈させる。
次に図８および図９に示すようにレジストパターン４２ａを除去する。これによりＳiＯ2絶縁膜開口４１ｂを有するＳiＯ2絶縁膜パターン４１ａを形成する。次に図１０および図１１に示すように、ＳiＯ2絶縁膜パターン４１ａを介して全面に、例えばプラズマＣＶＤによりＳiＮ絶縁膜４３を形成する。図１０においてＳiＮ絶縁膜４３は透過層で示し斜線を施している。
【００３１】
次に図１２に示すように、ＳiＮ絶縁膜４３の表面上にレジスト膜を塗布し、最初に形成したマーカーを基準にしてステッパーによる写真製版工程により、ＳiＯ2絶縁膜開口４１ｂの配列の直上において光導波路方向の沿って、リッジ光導波路８２と同じ幅のレジスト膜開口４４ｂを有するレジストパターン４４を形成する。レジスト膜開口４４ｂの開口幅ｗ2は約１．８μｍである。
図１３はＳiＯ2絶縁膜開口４１ｂがある部分の断面図であり、図１４はＳiＯ2絶縁膜開口４１ｂが無い部分の断面図である。また図１２の光導波路方向に沿った断面であるＡ−Ａ断面では図１１と同じ図になる。
【００３２】
次に、図１５、図１６及び図１７に示すように、レジストパターン４４をマスクとして、エッチング媒体としてＣＨＦ3とＯ2との混合ガスを用いて、ＳiＮ絶縁膜４３の下層のＳiＯ2絶縁膜パターン４１ａを残しながら、ＳiＮ絶縁膜４３のドライエッチングを行い完全に除去し、ＳiＮ絶縁膜開口４３ｂを有するＳiＮ絶縁膜パターン４３ａを形成する。ＳiＮ絶縁膜開口４３ｂの開口幅はｗ2である。
ＣＨＦ3とＯ2との混合ガスを用いた場合には、ＳiＮ絶縁膜４３のエッチングレートはＳiＯ2絶縁膜パターン４１ａのエッチングレートに比べて３倍程度速いので、エッチング時間によるエッチングの制御が容易になり、安定したドライエッチングが可能となる。
【００３３】
図１６はＳiＯ2絶縁膜開口４１ｂがある部分の断面図であり、図１７はＳiＯ2絶縁膜開口４１ｂが無い部分の断面図である。図１５においてはＳiＮ絶縁膜パターン４３ａとレジストパターン４４とを透過層として画きそれぞれの斜線を重ねて画いている。また図１５の光導波路方向に沿った断面であるＢ−Ｂ断面では図９と同じ図になる。
次に、図１８、図１９、及び図２０に示すように、レジストパターン４４を除去する。図１９はＳiＯ2絶縁膜開口４１ｂがある部分の断面図であり、図２０はＳiＯ2絶縁膜開口４１ｂが無い部分の断面図である。図１８においてはＳiＮ絶縁膜パターン４３ａを透過層として画き、斜線を施している。
【００３４】
次に、図２１、図２２、図２３、及び図２４に示すように、ＳiＮ絶縁膜パターン４３ａとＳiＯ2絶縁膜パターン４１ａとをマスクとして、エッチング媒体としてメタンガスと水素プラズマとを用いて、ｐ−ＩｎＰ層４０とｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９とをエッチングして除去し、この結果形成された開口４５を介してｐ−ＩｎＰ層３８を露呈させる。この後ＳiＮ絶縁膜パターン４３ａとＳiＯ2絶縁膜パターン４１ａとを除去する。
図２２は開口４５のある部分の断面図で、図２３は開口４５の無い部分の断面図である。
【００３５】
形成された開口４５は光導波方向の幅がｗ1つまり１０００Åで、光導波方向と直交する方向の長さがｗ2つまり１．８μｍの矩形状であり、光導波方向に１０００Å間隔で、つまりピッチｐ1＝２０００Åで、並列している。
ｐ−ＩｎＰ層４０とｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９とをエッチングするこの工程において、この実施の形態ではＳiＮ絶縁膜パターン４３ａを使用しているが、従来技術ではレジストパターンを使用していた。このためエッチング媒体として使用しているメタンガスと水素プラズマとがレジストパターンと反応して、エッチング媒体の濃度が不安定になり、エッチングレートに影響を及ぼしていたが、ＳiＮ絶縁膜パターン４３ａを使用することにより、エッチング媒体として使用しているメタンガスと水素プラズマとがＳiＮ絶縁膜パターン４３ａと反応し難いために、エッチングに際してエッチング媒体の濃度が安定し、エッチングレートが変動しにくくなった。このため各ロット毎の開口４５の深さが均一に形成され、光導波方向と直交する方向の回折格子層９の厚みが均一に形成されるようになった。
【００３６】
なおこの実施の形態１では、ＳiＮ絶縁膜パターン４３ａとＳiＯ2絶縁膜パターン４１ａとをマスクとして用いているが、ＳiＮ絶縁膜パターン４３ａに替えてＳiＯ2絶縁膜パターンを用いても構わない。
図２５及び図２６はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの回折格子層の開口の深さを示す模式図である。
従来の製造方法によって形成された回折格子層の開口の深さ形状を示す図４１及び図４２と比較して、この実施の形態に係る製造方法により形成された開口４５においては、光導波方向と直交する方向の深さが均一に形成されていることが判る。
【００３７】
次に図２７に示すように、開口４５を介して、ｐ−ＩｎＰ層３８の表面上に第３ｐ−クラッド層１１としてのｐ−ＩｎＰ層４６を埋込成長させる。この埋込成長により、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ／ｐ−ＩｎＰの回折格子層９が形成されたことになる。さらにｐ−ＩｎＰ層４６の上にコンタクト層１２としてのｐ−ＩｎＧａＡｓ層４７を形成する。
次に図２８に示すように、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層４７の表面上にＳiＯ2絶縁膜を形成し、開口４５の真上に光導波方向と直交する方向の長さがｗ2つまり１．８μｍの幅で光導波方向に延在した帯状の部分を残して、この両側に光導波路リッジ８２を形成するための開口４８ｂを有するＳiＯ2絶縁膜パターン４８を形成する。
次に、図２９に示すように、ＳiＯ2絶縁膜パターン４８をマスクとしてドライエッチングにより、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層４７を完全に除去し、ｐ−ＩｎＰ層４６の途中までエッチングする。
【００３８】
次に、図３０に示すように、ＳiＯ2絶縁膜パターン４８をマスクとしてウエットエッチングによりｐ−ＩｎＰ層４６、ｐ−ＩｎＰ層４０を完全に除去し、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９で止める。
このエッチングのエッチング液としては、例えば塩酸とリン酸の混合液（混合比は塩酸対リン酸が１：２）を用いる。この塩酸とリン酸の混合液を用いればＩｎＰ層とＩｎＧａＡｓＰ層のエッチングの選択比が大きく、つまりＩｎＰ層のエッチングレートが速く、ＩｎＧａＡｓＰ層のエッチングレートが遅いので、ＩｎＧａＡｓＰ層４７で止めることができる。また塩酸とリン酸の混合液は下部方向にのみエッチングが進み、横方向にはほとんどエッチングされないので、垂直なリッジを形成することができる。
さらにＳiＯ2絶縁膜パターン４８をマスクとして、ドライエッチングによりｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９を完全に除去し、ｐ−ＩｎＰ層３８の途中までエッチングする。
【００３９】
次に図３１に示すように、ＳiＯ2絶縁膜パターン４８をマスクとして、ウエットエッチングにより、ｐ−ＩｎＰ層３８を完全に除去し、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ層３７に少し入り込む程度で止める。
このエッチングのエッチング液としては、例えば塩酸とリン酸の混合液（混合比は塩酸対リン酸が１：２）を用いる。ＡｌＩｎＡｓ層のエッチングレートはＩｎＰ層に比べて少し遅くなるので、エッチングレートを考慮し、エッチング時間を設定することにより、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ層３７に少し入り込む程度で止めることができる。
【００４０】
先の開口４５が光導波方向と直交する方向の長さをｗ2つまり１．８μｍとし、後に形成するリッジ幅と同じにする理由は、ｐ−ＩｎＰ層３８を除去するエッチングの際にｐ−ＩｎＰ層とｐ−ＡｌＩｎＡｓ層との間にあまりエッチングレートの差がないことに起因している。
すなわち、ウエットエッチングによりｐ−ＩｎＰ層４６、ｐ−ＩｎＰ層４０を完全に除去し、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９で止める工程において、エッチングの制御はエッチング時間により行うため少しオーバーエッチ気味にエッチング時間を設定する。
【００４１】
このためにｐ−ＩｎＧａＡｓＰ／ｐ−ＩｎＰの回折格子層９が後に形成するリッジ幅より広い幅で形成されていると、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９がある部分ではエッチングが停止するがｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９が無い部分ではさらにエッチングが進む。
この後、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９をドライエッチングにより除去したとしてもｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９のあったところと無かったところでは、ｐ−ＩｎＰ層３８の厚みが異なり、ｐ−ＩｎＰ層とｐ−ＡｌＩｎＡｓ層との間にあまりエッチングレートの差がないことから、ｐ−ＩｎＰ層３８をエッチングするときに設定されたエッチング時間において、このｐ−ＩｎＰ層３８の厚みの差によって、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ層３７に深くエッチングされる部分が発生する。そうするとレーザ特性にばらつきが生じやすくなるために回折格子層９の幅とリッジ幅とを同じに形成しておくのである。
【００４２】
次に図３２に示すように、ＳiＯ2絶縁膜パターン４８を除去し、改めてウエハ全面にＳiＯ2絶縁膜４９を形成し、光導波路リッジ８２の頂部に電流経路としての開口４９ａを形成する。
さらに、ＳiＯ2絶縁膜４９上にＴi層とＡu層で構成された半導体レーザ８０のｐ型電極及びｎ−ＩｎＰ基板３１を所定の厚さに研磨しこのｎ−ＩｎＰ基板３１の裏面上に配設されたＡｕ層、Ｇe層、Ｎi層及びＡu層で構成されたｎ型電極を形成し、図１及び図２に示された半導体レーザ８０として完成する。
【００４３】
以上述べたようにこの実施の形態に係る半導体レーザの製造方法においては、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ／ｐ−ＩｎＰの回折格子層９の形成に際して、光導波路リッジと同じ幅の開口４５を形成するドライエッチングにおいて、エッチング媒体としてメタンガスと水素プラズマとを用いてＳiＮ絶縁膜パターン４３ａとＳiＯ2絶縁膜パターン４１ａとをマスクとして、ｐ−ＩｎＰ層４０とｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９とをエッチングして除去している。
このためマスクパターンとエッチング媒体との反応を防止することができ、マスクパターンとエッチング媒体との反応に基づきエッチング媒体の濃度が変動するという不具合を防止することができ、エッチングの際のエッチングレートが不安定に変動することを防止することができる。
【００４４】
従って、ｐ−ＩｎＰ層４０とｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層３９とに形成された開口４５の深さを均一にすることができ、回折格子層の厚みを均一にすることができる。延いては、安定した光学特性を有する回折格子を形成することができ、レーザ特性の安定した光導波路リッジを備えたＤＦＢレーザを形成することができる。このためレーザ特性の揃った半導体レーザ装置を安価に提供することができる。
【００４５】
【発明の効果】
この発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は以上に説明したような工程を備えているので、以下のような効果を有する。
この発明に係る半導体レーザ装置の製造方法においては、第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の第１クラッド層、活性層、第２導電型の第１の第２クラッド層、第２導電型であって第２クラッド層と屈折率の異なる半導体層、及び第２導電型の第２の第２クラッド層を順次積層する第１の工程と、第３の第２クラッド層の表面上に第１の絶縁膜を形成し、この第１の絶縁膜により光導波路方向と交差する方向に所定の長さを有して延在する帯状の形状を有し光導波路方向に所定の間隔で複数並列した第１の開口部を有する第１の絶縁膜パターンを形成する第２の工程と、第１の絶縁膜パターンを介して半導体基板上に第２の絶縁膜を形成した後、第２の絶縁膜により光導波路方向に延在した帯状の形状を有しその幅が第１の開口部の光導波路方向と交差する方向の長さより狭い幅の第２の開口部を有する第２の絶縁膜パターンを、第１の絶縁膜パターンを残して形成する第３の工程と、第２の絶縁膜パターン及び第１の絶縁膜パターンをマスクとして第３の第２クラッド層および半導体層をエッチングし半導体層を貫通する第３の開口部を形成する第４の工程と、第２の絶縁膜パターン及び第１の絶縁膜パターンを除去し、第２導電型の第３の第２クラッド層により第３の開口部を介して第２の第２クラッド層および半導体層を埋込む第５の工程と、を含むもので、第１の開口部を有するマスクパターンと第２の開口を有するマスクパターンとをともに絶縁膜とすることにより、エッチングの際にマスクパターン材料とエッチング媒体との反応が起こりにくくし、マスクパターン材料とエッチング媒体との反応に基づくエッチングレートの不安定な変動を抑制することができる。
従って、回折格子層の厚みを均一にすることができるので、安定した光学特性を有する回折格子を形成することができ、レーザ特性の安定したＤＦＢレーザを形成することができる。延いてはレーザ特性の揃ったＤＦＢレーザ装置を安価に提供することができる。
【００４６】
さらに、第１の工程において、活性層を量子井戸構造とするとともに、第１クラッド層と活性層との間に第１導電型の第１光閉じ込め層を、活性層と第１の第２クラッド層との間に第２導電型の第２光閉じ込め層をそれぞれさらに形成するもので、活性層が量子井戸構造の半導体レーザの製造方法において、第１の開口部を有するマスクパターンと第２の開口を有するマスクパターンとをともに絶縁膜とすることにより、エッチングの際にマスクパターン材料とエッチング媒体との反応が起こりにくくし、マスクパターン材料とエッチング媒体との反応に基づくエッチングレートの不安定な変動を抑制することができる。
従って、活性層が量子井戸構造の半導体レーザにおいて回折格子層の厚みを均一にすることができるので、安定した光学特性を有する回折格子を形成することができ、レーザ特性の安定したＤＦＢレーザを形成することができる。延いてはレーザ特性の揃ったＤＦＢレーザ装置を安価に提供することができる。
【００４７】
またさらに、第３の工程において、所定のエッチング媒体に対して第１の絶縁膜のエッチングレートが第２の絶縁膜のエッチングレートより小さくなるようにするもので、第１の絶縁膜パターンを残し第２の開口部の形成を行うための第２の絶縁膜のエッチングの制御を行いやすくすることができる。このため回折格子の製造工程を簡易に行うことができる。延いてはＤＦＢレーザ装置の歩留まりを高めることができる。
【００４８】
さらに、第１の絶縁膜をＳiＯ2膜、第２の絶縁膜をＳiＮ膜としたもので、扱いやすい材料で、第１の絶縁膜パターンを残し第２の開口部の形成を行うための第２の絶縁膜のエッチングの制御を行いやすくすることができる。このため回折格子の製造工程をさらに簡易に行うことができる。延いてはＤＦＢレーザ装置を安価に、歩留まりを高めることができる。
【００４９】
またさらに、第４の工程において、第２の絶縁膜パターン及び第１の絶縁膜パターンをマスクとして、メタンガスと水素プラズマとをエッチング媒体としたドライエッチングによりエッチングするもので、第２の絶縁膜パターン及び第１の絶縁膜パターンがエッチング媒体との反応を起こしにくいので、エッチング媒体の濃度が安定し、ドライエッチングの際のエッチングレートを安定させることができる。従って、良好な特性を有する回折格子を安定的に効率よく形成することができ、延いてはレーザ特性の揃ったＤＦＢレーザ装置を安価に提供することができる。
【００５０】
またさらに、第３の第２クラッド層上に第３の絶縁膜を形成し、この第３の絶縁膜により第３の開口部の直上において第３の開口部と対向し第３の開口部の光導波路方向と交差する方向の長さに対応した幅を有して光導波路方向に延在した帯状の部分を残しこの帯状の部分の両側に所定の幅の第４の開口を有する第３の絶縁膜パターンを形成し、この第３の絶縁膜パターンをマスクとして、第１の第２クラッド層を除去し第１の第２クラッド層の下層表面を露呈させるエッチング工程をさらに含むもので、リッジ光導波路型の半導体レーザにおいて、第１の開口部を有するマスクパターンと第２の開口を有するマスクパターンとをともに絶縁膜とすることにより、エッチングの際にマスクパターン材料とエッチング媒体との反応が起こりにくくし、マスクパターン材料とエッチング媒体との反応に基づくエッチングレートの不安定な変動を抑制することができる。
従って、光導波路リッジを備えたＤＦＢレーザにおいて回折格子層の厚みを均一にすることができるので、安定した光学特性を有する回折格子を形成することができ、レーザ特性の安定した光導波路リッジを備えたＤＦＢレーザを形成することができる。延いてはレーザ特性の揃ったリッジ導波路型ＤＦＢレーザ装置を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一つの実施の形態に係る半導体レーザの一部破断斜視図である。
【図２】 図１の２−２断面における半導体レーザの断面図である。
【図３】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図４】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図５】 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの平面図である。
【図６】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図７】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図８】 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの平面図である。
【図９】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図１０】 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの一部透過平面図である。
【図１１】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図１２】 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの一部透過平面図である。
【図１３】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図１４】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図１５】 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの一部透過平面図である。
【図１６】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図１７】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図１８】 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの一部透過平面図である。
【図１９】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図２０】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図２１】 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の一工程における半導体レーザの平面図である。
【図２２】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図２３】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図２４】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図２５】 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの回折格子層の開口の深さを示す模式図である。
【図２６】 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの回折格子層の開口の深さを示す模式図である。
【図２７】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図２８】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図２９】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図３０】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図３１】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図３２】 この発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程における半導体レーザの断面図である。
【図３３】 従来の半導体レーザの製造方法の一工程を示す半導体レーザの平面図である。
【図３４】 従来の半導体レーザの製造方法の一工程を示す半導体レーザの断面図である。
【図３５】 従来の半導体レーザの製造方法の一工程を示す半導体レーザの平面図である。
【図３６】 従来の半導体レーザの製造方法の一工程を示す半導体レーザの断面図である。
【図３７】 従来の半導体レーザの製造方法の一工程を示す半導体レーザの断面図である。
【図３８】 従来の半導体レーザの製造方法の一工程を示す半導体レーザの断面図である。
【図３９】 従来の半導体レーザの製造方法の一工程を示す半導体レーザの平面図である。
【図４０】 従来の半導体レーザの製造方法の一工程を示す半導体レーザの断面図である。
【図４１】 従来の半導体レーザの回折格子層の開口の深さを示す模式図である。
【図４２】 従来の半導体レーザの回折格子層の開口の深さを示す模式図である。
【符号の説明】
３１ ｎ−ＩｎＰ基板、 ３２ ｎ−ＩｎＰ層、 ３５ ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸層、 ３８ ｐ−ＩｎＰ層、 ３９ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層、 ４０ ｐ−ＩｎＰ層、 ４１ ＳiＯ2絶縁膜４１、 ４１ｂ ＳiＯ2絶縁膜開口、 ４１ａ ＳiＯ2絶縁膜パターン、 ４３ ＳiＮ絶縁膜、 ４３ｂ ＳiＮ絶縁膜開口、 ４３ａ ＳiＮ絶縁膜パターン、 ４５ 開口、４６ ｐ−ＩｎＰ層、 ３４ ｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層、 ３６ ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層、 ４８ｂ 開口、 ４８ ＳiＯ2絶縁膜パターン。
Claims (6)
- 第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の第１クラッド層、活性層、第２導電型の第１の第２クラッド層、第２導電型であって第２クラッド層と屈折率の異なる半導体層、及び第２導電型の第２の第２クラッド層を順次積層する第１の工程と、
第３の第２クラッド層の表面上に第１の絶縁膜を形成し、この第１の絶縁膜により光導波路方向と交差する方向に所定の長さを有して延在する帯状の形状を有し光導波路方向に所定の間隔で複数並列した第１の開口部を有する第１の絶縁膜パターンを形成する第２の工程と、
第１の絶縁膜パターンを介して半導体基板上に第２の絶縁膜を形成した後、第２の絶縁膜により光導波路方向に延在した帯状の形状を有しその幅が第１の開口部の光導波路方向と交差する方向の長さより狭い幅の第２の開口部を有する第２の絶縁膜パターンを、第１の絶縁膜パターンを残して形成する第３の工程と、
第２の絶縁膜パターン及び第１の絶縁膜パターンをマスクとして第３の第２クラッド層および半導体層をエッチングし半導体層を貫通する第３の開口部を形成する第４の工程と、
第２の絶縁膜パターン及び第１の絶縁膜パターンを除去し、第２導電型の第３の第２クラッド層により第３の開口部を介して第２の第２クラッド層および半導体層を埋込む第５の工程と、
を含む半導体レーザ装置の製造方法。 - 第１の工程において、活性層を量子井戸構造とするとともに、第１クラッド層と活性層との間に第１導電型の第１光閉じ込め層を、活性層と第１の第２クラッド層との間に第２導電型の第２光閉じ込め層をそれぞれさらに形成することを特徴とした請求項１記載の半導体レーザ装置の製造方法。
- 第３の工程において、所定のエッチング媒体に対して第１の絶縁膜のエッチングレートが第２の絶縁膜のエッチングレートより小さくなることを特徴とした請求項１または２記載の半導体レーザ装置の製造方法。
- 第１の絶縁膜をＳiＯ2膜、第２の絶縁膜をＳiＮ膜としたことを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
- 第４の工程において、第２の絶縁膜パターン及び第１の絶縁膜パターンをマスクとして、メタンガスと水素プラズマとをエッチング媒体としたドライエッチングによりエッチングすることを特徴とした請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
- 第３の第２クラッド層上に第３の絶縁膜を形成し、この第３の絶縁膜により第３の開口部の直上において第３の開口部と対向し第３の開口部の光導波路方向と交差する方向の長さに対応した幅を有して光導波路方向に延在した帯状の部分を残しこの帯状の部分の両側に所定の幅の第４の開口を有する第３の絶縁膜パターンを形成し、この第３の絶縁膜パターンをマスクとして、第１の第２クラッド層を除去し第１の第２クラッド層の下層表面を露呈させるエッチング工程をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
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