JP2008226875A - 半導体レーザ素子の製造方法、半導体レーザ素子、光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リッジストライプ形成の際の加工形状の制御性とエッチング深さの制御性とを両立させることができ、かつ、終点検出層が存在することによる特性劣化や歩留りの低下を防ぐことができる半導体レーザ素子の製造方法を提供する。
【解決手段】コンタクト層１０９上に、第１開口部を有する第１マスクを形成して、第１開口部から露出しているコンタクト層１０９をエッチングする。そして、第１マスクを除去した後、エッチングされたコンタクト層１０９の部分の上に位置するモニタリング用開口部１３１ａと、リッジストライプを形成するための第２開口部１３１ｂとを有する第２マスクを、コンタクト層１０９上に形成する。そして、モニタリング用開口部１３１ａへ光を照射して、モニタリング用開口部１３１ａからの反射光による反射干渉波形をモニタリングしながら、第２マスクを用いたドライエッチングを行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体レーザ素子の製造方法、および、その半導体レーザ素子に関し、より詳しくは、半導体レーザ素子を製造する際のエッチング方法に関する。さらに、本発明は、上記半導体レーザ素子を備えた光ディスク装置に関する。

半導体レーザ素子においては、導波構造としてリッジストライプを設けることが一般的に行われる。このリッジストライプの形成する方法としては、一旦、基板上に、複数の半導体層を含む半導体層群を積層形成した後、半導体層群の一部をエッチング除去する方法が一般的である。上記リッジストライプの形状は半導体レーザ素子の特性を大きく左右するために、リッジストライプを形成するためのエッチングには厳密な制御性が必要とされている。

上記制御性を向上させるために、異方性エッチングが可能なドライエッチング法を用いることが一般的に行われており、そのことによって大きな効果を得ることができる。

しかしながら、上記ドライエッチング法では、従来のウエットエッチング法で容易に実施できた選択エッチングの手法が適用しづらいため、深さ制御性についてはウエットエッチングに劣りがちという側面がある。

上記ドライエッチング法でのエッチング深さの制御性を改善する手法としては、上記半導体層群を積層形成する際、ドライエッチングを停止させたい地点に予め終点検出層を形成しておき、ドライエッチング実行中に上記終点検出層からの信号を検出した時点で、ドライエッチングを終了させる方法がある。

上記信号を検出する手法としては、終点検出層を構成する材料固有の発光を観察する方法や、半導体層群に照射した光の反射干渉波形の変化を元に終点検出層が露出したと判断する方法などがある。

これらの方法では、その原理上、ドライエッチングが終点検出層に到達し、終点検出層をドライエッチングし始めた時点をもって初めてドライエッチングが終点検出層にまで到達したことを知ることができる。

したがって、上記ドライエッチングを終了させると、終点検出層が露出しているか、終点検出層がエッチング除去されて終点検出層下の半導体層が露出した状態となっている。

現実的には、半導体レーザ素子の光学設計にできるだけ影響を与えないように、終点検出層は概ね５０ｎｍ以下といった非常に薄い厚みの層とすることが一般的であるため、終点検出層を検出してドライエッチングを終了させたときには既に終点検出層がエッチング除去されて終点検出層下の半導体層が若干エッチングされた状態となっている。

ところが、上記終点検出層を用いる場合、ドライエッチング加工を行った後に必要となるところの化学エッチングによってドライエッチング時の反応生成物やエッチングダメージ導入部を除去する工程において、一般的に上記終点検出層のエッチング速度が、周囲の半導体層群のエッチング速度と異なるために図８Ａ，図８Ｂに示したような問題が生じる。

図８Ａ，図８Ｂに、上記化学エッチングを終えた後のリッジストライプおよびその周辺部の断面模式図を示す。

上述したように、終点検出層８００のエッチング速度が周囲の半導体層のエッチング速度と異なるため、化学エッチング終了後においては、リッジストライプ８２０から終点検出層８００が、図８Ａのように出っ張ったり、または、図８Ｂのように引っ込んだりして、折角ドライエッチング法を用いて改善したはずのリッジストライプ８２０の加工形状が乱れるという問題が生じてしまう。

上記リッジストライプ８２０の加工形状が乱れることで、半導体レーザ素子の特性が悪化すると共に、リッジストライプ８２０中の終点検出層８００に出っ張りや引っ込みがあると、リッジストライプ８２０を形成した後の工程である絶縁膜形成工程や電極金属形成工程の際に段切れが発生し、製造歩留りをも低下させてしまう。

また、上記終点検出層８００を設けること自体による理想的な光学設計からのずれも完全にゼロにはできないという問題もある。
特開２００４−６３５２２号公報

そこで、本発明の課題は、リッジストライプ形成の際の加工形状の制御性とエッチング深さの制御性とを両立させることができ、かつ、終点検出層が存在することによる特性劣化や歩留りの低下を防ぐことができる半導体レーザ素子の製造方法を提供することにある。

また、本発明の他の課題は、そのような製造方法を用いることにより、良好な特性を有する半導体レーザ素子を提供すると共に、そのような半導体レーザ素子を備えた光ディスク装置を提供することにある。

本発明は、以下の手段を講じることにより、リッジストライプ形成の際の加工形状の制御性とエッチング深さの制御性を両立させることができ、かつ、終点検出層が存在することによる特性劣化や歩留りの低下を防ぐできる半導体レーザ素子の製造方法を提供するものである。

すなわち、上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
基板上に順次形成された下クラッド層、活性層、上クラッド層およびコンタクト層を少なくとも含む半導体層群を形成する工程と、
上記コンタクト層上に、第１開口部を有する第１マスクを形成する工程と、
上記第１開口部から露出している上記コンタクト層の一部分をエッチングする工程と、
上記第１マスクを除去した後、エッチングされた上記コンタクト層の部分の上に少なくとも一部が位置するモニタリング用開口部と、リッジストライプを形成するための第２開口部とを有する第２マスクを、上記コンタクト層上に形成する工程と、
上記モニタリング用開口部へ光を照射して、上記モニタリング用開口部からの反射光による反射干渉波形をモニタリングしながら、上記第２マスクを用いたドライエッチングを行う工程と、
上記活性層をエッチングした際に発生する反射干渉波形を観測した時点、または、その時点以降に、上記ドライエッチングを停止させる工程と
を備えたことを特徴としている。

ここで、上記下クラッド層および上クラッド層のそれぞれは、いわゆるガイド層を含むものであってもよい。

また、上記コンタクト層とは、半導体レーザ素子に電流注入する際に必要な電極金属と半導体層群との間に良好なオーミック接合を実現するために設けられる半導体層のことである。

また、上記第１，第２マスクとは、フォトリソグラフィー技術を用いて半導体層群上に転写された所望のパターンのことで、感光性を有するフォトレジストを用いて作製されるレジストマスクの他、ＳｉＯ_２やＳｉＮ_ｘなどからなるマスクのことである。

上記構成の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記ドライエッチングを実施する前に、ドライエッチング深さをモニタリングするためのモニタリング用開口部を、エッチングされたコンタクト層の部分の上に少なくとも一部が位置するように形成しておく。これにより、上記ドライエッチングを実施したときには、第２開口部下の活性層よりも先に、モニタリング用開口部下の活性層が露出する。

このような方法によって、上記活性層を終点検出層として利用することが可能になり、また、活性層はその光学的性質上、周囲のクラッド層に対して屈折率が大きく異なるため、反射干渉波形を利用した終点検出層として非常に適している。

したがって、上記方法を用いることにより、特別な終点検出層を追加形成しなくとも、活性層を終点検出層として利用したドライエッチング深さ制御が実現できるようになる。

当然ながら、上記リッジストライプが終点検出層を有さないため、ドライエッチング工程に続いて実施される化学エッチング工程を行っても終点検出層が出っ張ったり、引っ込んだりするようなことは無くなる。

したがって、上記リッジストライプの加工形状の制御性が乱れたり、歩留りが低下したりするのを防ぐことができる。

また、上記終点検出層の存在による光学特性のズレを考慮する必要も無くなる。

本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
基板上に順次形成された下クラッド層、活性層、上クラッド層およびコンタクト層を少なくとも含む半導体層群を形成する工程と、
上記コンタクト層上に、第１開口部を有するマスクを形成する工程と、
上記第１開口部から露出している上記コンタクト層の一部分をエッチングした後、上記マスクの上記第１開口部以外の部分に、リッジストライプを形成するための第２開口部を形成する工程と、
上記第１開口部へ光を照射して、上記第１開口部からの反射光による反射干渉波形をモニタリングしながら、上記第１，第２開口部が形成されたマスクを用いて、ドライエッチングを行う工程と、
上記活性層をエッチングした際に発生する反射干渉波形を観測した時点、または、その時点以降に、上記ドライエッチングを停止させる工程と
を備えたことを特徴としている。

ここで、上記下クラッド層および上クラッド層のそれぞれは、いわゆるガイド層を含むものであってもよい。

また、上記コンタクト層とは、半導体レーザ素子に電流注入する際に必要な電極金属と半導体層群との間に良好なオーミック接合を実現するために設けられる半導体層のことである。

また、上記マスクとは、フォトリソグラフィー技術を用いて半導体層群上に転写された所望のパターンのことで、感光性を有するフォトレジストを用いて作製されるレジストマスクの他、ＳｉＯ_２やＳｉＮ_ｘなどからなるマスクのことである。

上記構成の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記ドライエッチングを実施する前に、第１開口部から露出しているコンタクト層の一部分をエッチングしておく。これにより、上記ドライエッチングを実施したときには、第２開口部下の活性層よりも先に、第１開口部下の活性層が露出する。

このような方法によって、上記活性層を終点検出層として利用することが可能になり、また、活性層はその光学的性質上、周囲のクラッド層に対して屈折率が大きく異なるため、反射干渉波形を利用した終点検出層として非常に適している。

したがって、上記方法を用いることにより、特別な終点検出層を追加形成しなくとも、活性層を終点検出層として利用したドライエッチング深さ制御が実現できるようになる。

当然ながら、上記リッジストライプが終点検出層を有さないため、ドライエッチング工程に続いて実施される化学エッチング工程を行っても終点検出層が出っ張ったり、引っ込んだりするようなことは無くなる。

したがって、上記リッジストライプの加工形状の制御性が乱れたり、歩留りが低下したりするのを防ぐことができる。

また、上記終点検出層の存在による光学特性のズレを考慮する必要も無くなる。

一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、
上記コンタクト層は、上記ドライエッチングの停止後において上記第２開口部下の上記上クラッド層の厚みと略等しい厚みを有するように形成する。

ここで、上記ドライエッチングの停止後において第２開口部下の上クラッド層の厚みとは、一般に『残し厚』と呼ばれる半導体レーザ素子の光学特性を左右する重要なパラメータのことである。

上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記残し厚と等しい厚みとなるようにコンタクト層を予め積層しておけば、第１開口部から露出したコンタクト層の一部分だけエッチング除去することによって、所望のエッチング深さに到達したことを検出するための開口部（モニタリング用開口部または第１開口部）から露出する半導体層群の表面と、半導体レーザ素子のリッジストライプが形成される第２開口部から露出する半導体層群の表面との間に、丁度、上記残し厚分に相当する高低差が生じている。

このような状態で、上記ドライエッチングを行い、エッチングが活性層まで到達したことを示す干渉波形が観測された時点でドライエッチングを停止させることで、第２開口部下の領域においては、活性層上に所望の残し厚を有する上クラッド層が形成された状態が実現できる。

したがって、別途終点検出層を形成することなく、所望の残し厚制御、すなわち所望のエッチング深さ制御を実現する半導体レーザ素子の製造方法を提供することができる。

なお、もちろん所望の残し厚とコンタクト層の厚みは厳密に等しく形成する必要は無く、製造上のマージン等を考慮して若干の相違を設けて形成しても構わない。

一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、
上記コンタクト層の一部分のエッチングは、上記上クラッド層に対する上記コンタクト層の選択エッチングである。

ここで、上記選択エッチングとは、あるエッチャントに対してほとんどエッチングされない層の上に、容易にエッチングされる層を形成し、当該エッチャントを用いてエッチングすることにより、上記容易にエッチングされる層だけを除去し、もってそのエッチング深さを制御する方法のことをいい、上記エッチング深さは上記容易にエッチングされる層の厚みにほぼ等しくなる。

上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記エッチング深さ制御性に優れた選択エッチング法を用いて第１開口部から露出するコンタクト層の一部分を除去することで、所望のエッチング深さに到達したことを検出するための開口部（モニタリング用開口部または第１開口部）から露出する半導体層群の表面と、第２開口部から露出する半導体層群の表面との間に、コンタクト層の厚み分だけの高低差を正確に生じさせることができる。

したがって、上記ドライエッチング停止後の第２開口部下の領域における上クラッド層の厚み制御もまた精密に行うことができるようになる。

一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、
上記コンタクト層がＧａＡｓとＩｎＧａＡｓとの少なくとも一方を含み、
上記上クラッド層がＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）を含む。

上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記コンタクト層がＧａＡｓとＩｎＧａＡｓとの少なくとも一方を含むことによって、コンタクト層上に電極金属を形成すると、コンタクト層と電極金属との間に良好なオーミック接合を形成することができる。

また、上記上クラッド層がＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）を含むことによって、上クラッド層に対してコンタクト層を選択エッチング除去することが可能になる。

一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、
上記上クラッド層に対する上記コンタクト層の選択エッチャントとして、アンモニアと過酸化水素水と水との混合液を用いる。

上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記コンタクト層と上クラッド層の材料の組み合わせに対しては、アンモニアと過酸化水素水と水との混合液が選択エッチャントとして好適に使用できる。

一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、
上記コンタクト層がＧａＡｓとＩｎＧａＡｓとの少なくとも一方を含み、
上記上クラッド層がＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＩｎＰ（０≦Ｙ＜１）を含む。

上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記コンタクト層がＧａＡｓとＩｎＧａＡｓとの少なくとも一方を含み、かつ、上クラッド層がＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＩｎＰ（０≦Ｙ＜１）を含むことによっても、上クラッド層に対して上記コンタクト層を選択エッチング除去することが可能となる。

一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、
上記上クラッド層に対する上記コンタクト層の選択エッチャントとして、硫酸と過酸化水素水と水の混合液、または、アンモニアと過酸化水素水と水との混合液を用いる。

上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記コンタクト層がＧａＡｓとＩｎＧａＡｓとの少なくとも一方を含み、かつ、上クラッド層がＡｌｙＧａ１−ｙＩｎＰ（０≦Ｙ＜１）を含む場合には、硫酸と過酸化水素水と水の混合液、または、アンモニアと過酸化水素水と水との混合液が選択エッチャントとして好適に使用することができる。

本発明の半導体レーザ素子は、
上述した半導体レーザ素子の製造方法で製造された半導体レーザ素子であって、
上記リッジストライプの側方にある上記上クラッド層の厚みと、上記コンタクト層の厚みとが略等しいことを特徴としている。

上記構成の半導体レーザ素子によれば、上述した半導体レーザ素子の製造方法で製造されるので、リッジストライプ形成の際の加工形状の制御性と深さの制御性を両立でき、かつ、終点検出層が存在することによる特性劣化や歩留りの低下を防ぐことができる。

本発明の光ディスク装置は、
上述した半導体レーザ素子の製造方法を用いて製造された半導体レーザ素子を備えたことを特徴としている。

上記構成の光ディスク装置によれば、良好な特性を有する半導体レーザ素子を備えた光ディスク装置を提供することができる。

本発明によれば、リッジストライプを形成するためのドライエッチング工程において特別な終点検出層を形成しなくとも精密なエッチング深さ制御が可能となるので、リッジストライプ形成の際の加工形状の制御性とエッチング深さの制御性とを両立させることができ、かつ、終点検出層が存在することによる特性劣化や歩留りの低下を防ぐことができる。

また、このようにして製造された半導体レーザ素子は、リッジストライプの形状加工性の乱れや終点検出層の存在に起因する特性劣化や歩留りの低下が、従来の半導体レーザ素子に比べて小さい。

さらに、本発明によれば、従来よりも特性、歩留りともに優れた半導体レーザ素子を備えた光ディスク装置を提供することが可能になる。

以下、本発明の半導体レーザ素子の製造方法、半導体レーザ素子、光ディスク装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。

なお、以下の説明では、「ｎ−」はｎ型を表し、「ｐ−」はｐ型を表す。また、本明細書を通じて、「上」とは基板から離れる方向を意味し、「下」とは基板へ近づく方向を意味する。結晶成長は「下」から「上」の方向へ進行する。

（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子の模式断面図を示す。

この半導体レーザ素子は、出射光の波長が６５０ｎｍである赤色の半導体レーザ素子であり、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１と、このｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に形成された半導体層群１５０とを備える。

上記半導体層群１５０は、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ下クラッド層１０３、（Ａｌ_{０．５４５}Ｇａ_{０．４５５}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ下ガイド層１０４、多重歪量子井戸活性層１０５、（Ａｌ_{０．５４５}Ｇａ_{０．４５５}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ上ガイド層１０６、ｐ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ上クラッド層１０７、ｐ−Ｇａ_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐ中間層１０８およびｐ^＋−ＧａＡｓコンタクト層１０９を含む。なお、上記下クラッド層１０３および下ガイド層１０４が下クラッド層の一例を構成している。また、上記上ガイド層１０６および上クラッド層１０７が上クラッド層の一例を構成している。

この半導体層群１５０のうち、コンタクト層１０９、中間層１０８および上クラッド層１０７の一部はストライプ状にエッチング加工されて、リッジストライプ１２０およびリッジテラス１２１が形成されている。すなわち、上記リッジストライプ１２０およびリッジテラス１２１のそれぞれは、コンタクト層１０９、中間層１０８および上クラッド層１０７の一部から成っている。

上記上クラッド層１０７は、コンタクト層１０９および中間層１０８と共にリッジストライプ１２０およびリッジテラス１２１を形成する上クラッド上部層１０７ａと、上クラッド上部層１０７ａの下の領域に形成されて上ガイド層１０６の一側端から上ガイド層１０６の他側端まで延びる上クラッド下部層１０７ｂとから構成されている。なお、図１では、上記上クラッド上部層１０７ａと上クラッド下部層１０７ｂとの境界を点線で示している。

上記リッジテラス１２１は、ジャンクションダウン実装、すなわちコンタクト層１０９側を底部としてステムやパッケージにマウントする際に、リッジストライプ１２０が破損しないように設けられるものである。

また、上記リッジストライプ１２０およびリッジテラス１２１が形成されていない領域において、上クラッド層１０７の厚みＴ１と上ガイド層１０６の厚みＴ２との和を残し厚と称する。

上記リッジテラス１２１上には、ＳｉＯ_２からなる絶縁膜１１０が形成されている。この絶縁膜１１０は、リッジテラス１２１のリッジストライプ１２０側の側面と、リッジストライプ１２０の両側面を覆うと共に、リッジストライプ１２０とリッジテラス１２１との間における上クラッド下部層１０７ｂの上面も覆っている。また、上記絶縁膜１１０およびｐ^＋−ＧａＡｓコンタクト層１０９の上には、ｐ側電極１１１が形成されている。また、上記ｎ−ＧａＡｓ基板１０１の下面（半導体層群１５０が積層されている側と反対側の面）にはｎ側電極１１２が形成されている。

次に、図２から図５を参照しながら、図１の半導体レーザ素子の製造方法を説明する。

まず、図２に示すように、３インチ径のｎ−ＧａＡｓ基板（ウエハ）１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２（層厚：５００ｎｍ）、ｎ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ下クラッド層１０３（層厚：２．８μｍ）、（Ａｌ_{０．５４５}Ｇａ_{０．４５５}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ下ガイド層１０４（層厚：５５ｎｍ）、多重歪量子井戸活性層１０５、（Ａｌ_{０．５４５}Ｇａ_{０．４５５}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ上ガイド層１０６（層厚：５５ｎｍ）、ｐ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ上クラッド層１０７（層厚：１．５μｍ）、ｐ−Ｇａ_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐ中間層１０８（層厚：３５ｎｍ）およびｐ^＋−ＧａＡｓコンタクト層１０９（層厚：３００ｎｍ）を順次、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）にて結晶成長させて、半導体層群１５０をｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に得る。

上記多重歪量子井戸活性層１０５は、Ｇａ_{０．４４５}Ｉｎ_{０．５５５}Ｐ量子井戸層（層厚：５ｎｍ、４層）と（Ａｌ_{０．５４５}Ｇａ_{０．４５５}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ障壁層（層厚：６．３ｎｍ、３層）を交互に配して形成される。なお、上記多重歪量子井戸活性層１０５の構造は、本発明の本質とは直接関係無いため、多重歪量子井戸活性層１０５の詳細な断面構造は図示していない。

次に、図３に示すように、上記半導体層群１５０が結晶成長された３インチ径のｎ−ＧａＡｓ基板（ウエハ）１０１上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー技術を用いてウエハの中央付近に５ｍｍ角のレジスト抜き領域つまり第１開口部１３０ａを有する第１マスク１３０を形成する。

その後、上記第１開口部１３０ａから露出しているコンタクト層１０９を２８％のアンモニア水溶液と３１％の過酸化水素水溶液と水を１：３０：５０の体積比で混合した混合液（エッチャント）を用いてエッチング除去した。このエッチャントはｐ−Ｇａ_０．５１Ｉｎ_０．４９Ｐ中間層１０８およびｐ−（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ上クラッド層１０７をほとんどエッチングしないため、結果としてｐ^＋−ＧａＡｓコンタクト層１０９のみを選択的に除去することができる。

このようにして、上記第１開口部１３０ａから露出するコンタクト層１０９のみをエッチングした後、第１マスク１３０を除去する。

続いて、上記基板１０１の上記半導体層群１５０を積層した側にプラズマＣＶＤ法を用いてＳｉＯ_２膜（膜厚：４００ｎｍ）を成膜し、フォトリソグラフィー技術を用いて、図４に示す第２マスク１３１を形成する。ここで、上記ＳｉＯ_２膜のパターニングには、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法を用いた。

上記第２マスクは１３１は、第１開口部１３０ａと同じ位置、同じ大きさを有するモニタリング用開口部１３１ａと、リッジストライプ１２０を形成するための第２開口部１３１ｂとを有している。

次に、上記第２マスク１３１およびＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチャー装置を用いて、モニタリング用開口部１３１ａと第２開口部１３１ｂとから露出した半導体層群１５０に対するドライエッチングを開始する。

上記ドライエッチングを行っている最中は、モニタリング用開口部１３１ａには可視光を照射し、反射干渉光の強度を観察することによってドライエッチングの進行状況をモニタリングする方法を行う。

この方法によれば、上記ドライエッチングエッチングが進行して、ある半導体層の厚みが薄くなっていくにしたがって、ある半導体層の表面からの反射光とその下の半導体層との界面からの反射光の光路長差に起因して干渉光強度が大きくなっていく。そして、ある半導体層の厚みがゼロになった時点で干渉光強度がゼロになるため、ある半導体層のエッチングの完了を知ることができる。

次に、上記方法によって、モニタリング用開口部１３１ａと重なる領域において、多重歪量子井戸活性層１０５が有する量子井戸層上に形成されたＡｌＧａＩｎＰ材料からなる上クラッド層１０７および上ガイド層１０６がエッチング除去されたことを観測した時点、つまり、多重歪量子井戸活性層１０５が露出した時点を検出すると、その時点でドライエッチングを終了させる。

上記ドライエッチングを終了させると、第２開口部１３１ｂと重なる領域においては、コンタクト層１０９と中間層１０８と上クラッド上部層１０７ａがエッチング除去されている。

すなわち、上記モニタリング用開口部１３１ａと重なる領域において、多重歪量子井戸活性層１０５上の上クラッド層１０７および上ガイド層１０６の厚みがゼロになるまでエッチングすると、第２開口部１３１ｂと重なる領域においては、コンタクト層１０９と同じ厚みを有する上クラッド下部層１０７ｂと上ガイド層１０６からなる残し厚部分（厚み：３００ｎｍ）が自動的に形成される。

したがって、上記基板１０１上に半導体層群１５０の一部（最終層）として積層形成されるコンタクト層１０９の厚みを所望の半導体レーザ素子の光学設計上の残し厚の最適値と同じに形成しておくことにより、前述の製造工程を経ることによって、リッジストライプ部分の残し厚を狙い通りに作製することが可能になる。

なお、上記ドライエッチングエッチングは、エッチングガスをＣｌ_２、ガス圧を０．０５Ｔｏｒｒにして行ったが、ＳｉＣｌ_４やＢＣｌ_３などの塩素系ガスも使用することができる。また、上記ドライエッチングエッチングの進行状況をモニタリングするために照射する可視光としては４００〜７００ｎｍ程度の単色光が適切であるが、白色光を照射した後、その反射光を分光する方法を用いてもよい。

ドライエッチング法を用いてリッジストライプを形成する場合、被エッチング材料、マスク材料およびエッチングガス構成材料がエッチング中に相互に反応して、反応生成物がリッジストライプの側面等に付着して残ることが多いが、本実施形態においては、液温１５℃のバッファードフッ酸中に１０秒間浸漬させることで、この反応生成物を除去することができた。この工程を行っても、リッジストライプの断面形状自体にはほとんど変化がなかった。

続いて、図５に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて厚さ１５０ｎｍのＳｉＯ_２を成膜し、フォトリソグラフィー技術を用いて、リッジストライプ１２０上部のコンタクト層１０９が露出するようにパターニングして絶縁膜１１０を形成する。

さらに、上記コンタクト層１０９および絶縁膜１１０上に、Ｔｉ薄膜、Ｐｔ薄膜、Ａｕ薄膜をこの順に蒸着形成して、Ｔｉ薄膜、Ｐｔ薄膜およびＡｕ薄膜から成るｐ側電極１１１を得る。

次に、上記基板１０１の裏面（半導体層群１５０が形成されていない側の面）から所望の厚み（約１００μｍ）までの部分をラッピング法により研削して、基板１０１を図１に示すようにする。

次に、上記基板１０１の裏面に、抵抗加熱蒸着法を用いてＡｕＧｅ合金（Ａｕ８８％とＧｅ１２％の合金）、Ｎｉ、Ａｕをこの順で積層形成し、Ｎ_２雰囲気中で３９０℃１分間の加熱を行い、ｎ側電極材料をアロイする。これにより、上記基板１０１下に、ＡｕＧｅ合金、ＮｉおよびＡｕから成るｎ側電極１１２が形成される。

次に、上記ｎ側電極１１２の形成工程を終えたｎ−ＧａＡｓ基板１０１を、所望の共振器長（ここでは、１５００μｍ）を有する複数のバーにへき開・分割した後、上記バーのへき開端面にコーティングを行い、さらに上記バーをチップ（１５００μｍ×２００μｍ）に分割する。分割後のチップをサブマウントに実装した後、サブマウントごとステムにダイボンドし、更にワイヤーボンディングを実施して半導体レーザ素子が完成する。

上記第１実施形態においては、ＧａＡｓコンタクト層１０９を選択エッチングするためのエッチャントとして２８％のアンモニア水溶液と３１％の過酸化水素水溶液と水を１：３０：５０の体積比で混合したアンモニア系の混合液を使用したが、Ｖ族元素としてＰだけを含むＧａＩｎＰやＡｌＧａＩｎＰ材料に対してＧａＡｓを選択的にエッチング除去する際には、硫酸と過酸化水素水と水との混合水溶液（硫酸系エッチャント）を好適に使用することができる。この際、電極の接触抵抗をさらに低減するために、ＧａＡｓコンタクト層に換えてＩｎＧａＡｓコンタクト層を用いたり、ＧａＡｓコンタクト層と電極金属との間にＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層を追加したりしても良く、その際にも、上記アンモニア系または硫酸系のエッチャントを用いることによって、ＧａＩｎＰ中間層やＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層に対する選択エッチングを実現することができる。

また、上記第１実施形態においては、第２マスク１３１に、第１開口部１３０ａと同じ位置、同じ大きさを有するモニタリング用開口部１３１ａを形成していたが、第１開口部１３０ａと異なる大きさを有するモニタリング用開口部を形成してもよい。このモニタリング用開口部は、第１開口部１３０ａによるエッチングで露出した結晶面の少なくとも一部が第２マスク１３１で覆われないように形成すればよい。つまり、上記モニタリング用開口部は、第１開口部１３０ａがあった領域の少なくとも一部を含む領域に形成すればよい。

また、上記第１実施形態においては、第１マスク１３０としてレジストマスク、第２マスク１３１としてＳｉＯ_２マスクを使用したが、第１，第２マスク１３０，１３１のそれぞれのマスク材料はこれらに限定されるわけではない。例えば、上記第１マスク１３０としてレジストマスクを使用し、第２マスク１３１としてレジストマスクを使用してもよい。また、上記第１マスク１３０としてＳｉＯ_２マスクを使用して、ＧａＡｓコンタクト層１０９の一部をエッチングした後、そのＳｉＯ_２マスクを除去せずに、リッジストライプ１２０を形成するための第２開口部をＳｉＯ_２マスクに形成してもよい。つまり、上記第１実施形態では、リッジストライプ１２０を形成するために、２枚の第１，第２マスク１３０，１３１を使用したが、１枚のマスクを使用するようにしてもよい。

本発明の半導体レーザ素子の製造方法においては、ＳｉＮ_ｘ膜からなるマスクも使用することができる。

図６に、上記第１実施形態の変形例の赤外半導体レーザ素子の構造を示す。また、図６において、図１に示した上記第１実施形態の構成部と同一構成部は、図１における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。

この半導体レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１と、このｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に形成された半導体層群１５０’とを備える。

上記半導体層群１５０’は、ｎ−ＧａＡｓからなるバッファ層１０２と、ｎ−Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓからなる下クラッド層１０３’と、Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓからなる下ガイド層１０４’と、ＩｎＧａＡｓからなる活性層１０５’と、Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓからなる上ガイド層１０６’と、ｐ−Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓからなる上クラッド層１０７’と、ｐ^＋−ＧａＡｓコンタクト層１０９とを含む。この上クラッド層１０７’、ｐ^＋−ＧａＡｓコンタクト層１０９が、リッジストライプ１２０’およびリッジテラス１２１’を形成している。また、上記上クラッド層１０７’は、上クラッド上部層１０７ａと上クラッド下部層１０７ｂとから構成されている。なお、上記下クラッド層１０３’および下ガイド層１０４’が下クラッド層の一例を構成している。また、上記上ガイド層１０６’および上クラッド層１０７’が上クラッド層の一例を構成している。

上記半導体レーザ素子を製造する際には、選択エッチングでコンタクト層１０９の一部を除去するための第１開口部と、リッジストライプを形成するための第２開口部とを有するマスクを形成する。この第１開口部は、ドライエッチング時にエッチング深さが所望の深さに到達したか否かを検出するためのものでもある。

このようなマスクを用いて、第１開口部下の活性層がエッチングされたことを示す信号が検知されるまでドライエッチングすることによって、コンタクト層１０９と同じ厚みの残し厚（第２開口部下の上ガイド層１０６’の厚みと第２開口部下の上クラッド下部層１０７ｂ’の厚みとの和）をリッジストライプ１２０’外の領域で得ることができる。なお、図６では、上記上クラッド上部層１０７ａ’と上クラッド下部層１０７ｂ’との境界を点線で示している。

上記半導体レーザ素子のコンタクト層としては、ＧａＡｓの他に、ＩｎＧａＡｓも使用することができ、さらに、ＧａＡｓ層とＩｎＧａＡｓ層との間に、ＩｎとＧａの組成が連続的に変化するｐ^＋−Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓグレーディッド層を有していてもよい。ＡｌＧａＡｓからなるガイド層・クラッド層に対して、ＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層を選択的にエッチング除去するためには、アンモニア系エッチャントを使用することが好ましい。さらに、この場合、アンモニア水と過酸化水素水の体積混合比としては、１：２０〜１：８０の間を用いることによって十分な選択比を有するエッチングが可能となる。

上記第１実施形態およびその変形例によれば、ドライエッチングを用いてリッジストライプを形成しているためにその加工形状の制御性が増し、さらに特別な終点検出層を追加することなくエッチングの深さ制御を実現できるため、リッジストライプ形成工程後に終点検出層が部分的にサイドエッチングされたり、逆に出っ張ったりすることがなく、また、終点検出層を追加することによる光学設計の調整も必要なくなる。

したがって、このようにして製造された半導体レーザ素子はリッジストライプの形状加工性の乱れや終点検出層の存在に起因する特性劣化や歩留りの低下が無いものとできる。

以上、本発明の一実施形態を上記第１実施形態に基づき詳述してきたが、本発明の内容はここに挙げた実施形態の内容に限定されるものではない。例えば、井戸層・障壁層の層厚や層数等、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論のことである。また、上記第１実施形態においては、リッジストライプの両側に掘り込みがあって、更にその外側にリッジストライプと同じ高さの半導体積層構造（リッジテラス）を残した、いわゆるダブルチャネル構造を有しているが、このリッジテラス部分が無くリッジストライプだけを有する構造であっても、本発明の内容が適用可能であることも言うまでもない。

さらに、上記第１実施形態においては、ドライエッチング手法としてＩＣＰ（誘導結合プラズマ）法を使用しているが、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）法やその他の反応性イオンエッチング法を用いても同様のドライエッチングが可能である。

（第２実施形態）
図７に、本発明の第２実施形態の光ディスク装置２００の構造を示す。

上記光ディスク装置２００では、光ディスク２０１にデータを書き込んだり、書き込まれたデータを再生したりするためのものであり、その際用いられる発光素子として、先に説明した第１実施形態の構成を使用して製造した波長６５０ｎｍ帯で発振する半導体レーザ素子２０２を備えている。

以下、上記光ディスク装置２００についてさらに詳しく説明する。

上記光ディスク２０１にデータを書き込む際は、半導体レーザ素子２０２から出射された信号光Ｌがコリメートレンズ２０３により平行光とされ、ビームスプリッタ２０４を透過しλ／４偏光板２０５で偏光状態が調節された後、対物レンズ２０６で集光されて光ディスク２０１に照射される。

上記光ディスク２０１に書き込まれたデータを読み出す際は、データ信号がのっていないレーザ光がデータの書き込み時と同じ経路をたどって光ディスク２０１に照射される。このレーザ光がデータの記録された光ディスク２０１の表面で反射され、対物レンズ２０６、λ／４偏光板２０５を経た後、ビームスプリッタ２０４で反射されて９０°角度を変えた後、受光素子用対物レンズ２０７で集光され、信号検出用受光素子２０８に入射する。この信号検出用受光素子２０８内で入射したレーザ光の強弱によって記録されたデータ信号が電気信号に変換され、信号光再生回路２０９において元の信号に再生される。

上記光ディスク装置２００は、従来よりも特性、歩留りともに優れた半導体レーザ素子２０２を備えているので、光ディスク２０１に対するデータの読み出しおよび書き込みの信頼性を高めることができる。

なお、ここでは波長６５０ｎｍで発振する半導体レーザ素子２０２を記録再生型の光ディスク装置に適用した例について説明したが、第１実施形態の製造方法を適用して作製した他の波長帯（例えば７８０ｎｍ帯）の半導体レーザ素子を備えた光ディスク装置にも適用可能であることはいうまでもない。

図１は本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子の模式断面図である。 図２は上記第１実施形態の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式図である。 図３は上記第１実施形態の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式図である。 図４は上記第１実施形態の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式図である。 図５は上記第１実施形態の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式図である。 図６は上記第１実施形態の変形例の半導体レーザ素子の模式断面図である。 図７は本発明の第２実施形態の光ディスク装置の概略構成図である。 図８Ａは従来の半導体レーザ素子の製造方法の一工程におけるリッジストライプおよびその周辺部の断面模式図である。 図８Ｂは従来の半導体レーザ素子の製造方法の一工程におけるリッジストライプおよびその周辺部の断面模式図である。

符号の説明

１０１ … ｎ−ＧａＡｓ基板
１０２ … ｎ−ＧａＡｓバッファ層
１０３ … ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層
１０３’ … ｎ−ＡｌＧａＡｓ下クラッド層
１０４ … ＡｌＧａＩｎＰ下ガイド層
１０４’ … ＡｌＧａＡｓ下ガイド層
１０５ … 多重歪量子井戸活性層
１０５’ … ＩｎＧａＡｓ活性層
１０６ … ＡｌＧａＩｎＰ上ガイド層
１０６’ … ＡｌＧａＡｓ上ガイド層
１０７ … ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層
１０７’ … ｐ−ＡｌＧａＡｓ上クラッド層
１０７ａ，１０７ａ’ … 上クラッド上部層
１０７ｂ，１０７ｂ’ … 上クラッド下部層
１０８ … ｐ−ＧａＩｎＰ中間層
１０９ … ｐ^＋−ＧａＡｓコンタクト層
１１０ … 絶縁層
１１１ … ｐ側電極
１１２ … ｎ側電極
１２０，１２０’ … リッジストライプ
１２１，１２１’ … リッジテラス
１３０ … 第１マスク
１３１ … 第２マスク
１５０，１５０’ … 半導体層群
２００ … 光ディスク装置
２０１ … 光ディスク
２０２ … 半導体レーザ素子
２０３ … コリメートレンズ
２０４ … ビームスプリッタ
２０５ … λ／４偏光板
２０６ … レーザ光照射用対物レンズ
２０７ … 受光素子用対物レンズ
２０８ … 信号検出用受光素子
２０９ … 信号光再生回路

Claims (10)

1. 基板上に順次形成された下クラッド層、活性層、上クラッド層およびコンタクト層を少なくとも含む半導体層群を形成する工程と、
   上記コンタクト層上に、第１開口部を有する第１マスクを形成する工程と、
   上記第１開口部から露出している上記コンタクト層の一部分をエッチングする工程と、
   上記第１マスクを除去した後、エッチングされた上記コンタクト層の部分の上に少なくとも一部が位置するモニタリング用開口部と、リッジストライプを形成するための第２開口部とを有する第２マスクを、上記コンタクト層上に形成する工程と、
   上記モニタリング用開口部へ光を照射して、上記モニタリング用開口部からの反射光による反射干渉波形をモニタリングしながら、上記第２マスクを用いたドライエッチングを行う工程と、
   上記活性層をエッチングした際に発生する反射干渉波形を観測した時点、または、その時点以降に、上記ドライエッチングを停止させる工程と
   を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
2. 基板上に順次形成された下クラッド層、活性層、上クラッド層およびコンタクト層を少なくとも含む半導体層群を形成する工程と、
   上記コンタクト層上に、第１開口部を有するマスクを形成する工程と、
   上記第１開口部から露出している上記コンタクト層の一部分をエッチングした後、上記マスクの上記第１開口部以外の部分に、リッジストライプを形成するための第２開口部を形成する工程と、
   上記第１開口部へ光を照射して、上記第１開口部からの反射光による反射干渉波形をモニタリングしながら、上記第１，第２開口部が形成されたマスクを用いて、ドライエッチングを行う工程と、
   上記活性層をエッチングした際に発生する反射干渉波形を観測した時点、または、その時点以降に、上記ドライエッチングを停止させる工程と
   を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
   上記コンタクト層は、上記ドライエッチングの停止後において上記第２開口部下の上記上クラッド層の厚みと略等しい厚みを有するように形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
4. 請求項１または２に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
   上記コンタクト層の一部分のエッチングは、上記上クラッド層に対する上記コンタクト層の選択エッチングであることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
5. 請求項４に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
   上記コンタクト層がＧａＡｓとＩｎＧａＡｓとの少なくとも一方を含み、
   上記上クラッド層がＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）を含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
6. 請求項５に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
   上記上クラッド層に対する上記コンタクト層の選択エッチャントとして、アンモニアと過酸化水素水と水との混合液を用いることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
7. 請求項４に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
   上記コンタクト層がＧａＡｓとＩｎＧａＡｓとの少なくとも一方を含み、
   上記上クラッド層がＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＩｎＰ（０≦Ｙ＜１）を含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
8. 請求項７に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
   上記上クラッド層に対する上記コンタクト層の選択エッチャントとして、硫酸と過酸化水素水と水の混合液、または、アンモニアと過酸化水素水と水との混合液を用いることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
9. 請求項１乃至８のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子の製造方法で製造された半導体レーザ素子であって、
   上記リッジストライプの側方にある上記上クラッド層の厚みと、上記コンタクト層の厚みとが略等しいことを特徴とする半導体レーザ素子。
10. 請求項１乃至８のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子の製造方法を用いて製造された半導体レーザ素子を備えたことを特徴とする光ディスク装置。

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