半導体レーザおよびその製造方法
【課題】無効なリーク電流を抑制し、高効率および高速動作を実現する。
【解決手段】ｐ型ＩｎＰ半導体基板７上に、ｐ型クラッド層４、活性層３、および、ｎ型クラッド層２を有する活性層部からなる半導体レーザ部と、半導体レーザ部の両側を埋め込む電流狭窄層とを備えた半導体レーザの製造方法であって、前記電流狭窄層は、第一のｐ型ＩｎＰ層９、ＲｕドープＩｎＰ層５、および、第二のｐ型ＩｎＰ層１１を有し、ＲｕドープＩｎＰ層５が、第一および第二のｐ型ＩｎＰ層９，１１にのみ接するように形成する。当該構成を得るため、ＲｕドープＩｎＰ層５の成長の途中でハロゲン元素を含むガスを導入する、もしくは、ＲｕドープＩｎＰ層５の成長開始時にガスを導入し、成長途中でガス導入量を変え、ＲｕドープＩｎＰ層５の成長完了後にガス導入を停止させる。
【解決手段】ｐ型ＩｎＰ半導体基板７上に、ｐ型クラッド層４、活性層３、および、ｎ型クラッド層２を有する活性層部からなる半導体レーザ部と、半導体レーザ部の両側を埋め込む電流狭窄層とを備えた半導体レーザの製造方法であって、前記電流狭窄層は、第一のｐ型ＩｎＰ層９、ＲｕドープＩｎＰ層５、および、第二のｐ型ＩｎＰ層１１を有し、ＲｕドープＩｎＰ層５が、第一および第二のｐ型ＩｎＰ層９，１１にのみ接するように形成する。当該構成を得るため、ＲｕドープＩｎＰ層５の成長の途中でハロゲン元素を含むガスを導入する、もしくは、ＲｕドープＩｎＰ層５の成長開始時にガスを導入し、成長途中でガス導入量を変え、ＲｕドープＩｎＰ層５の成長完了後にガス導入を停止させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体レーザとその製造方法に関し、特に、半導体レーザ部分の無効なリーク電流を低減し、低容量で高速動作を実現するための、半導体レーザとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信の高速化が著しく、半導体レーザの高速動作が必要となる用途が増えてきている。また、低コストで高速動作を実現するため、分布帰還型半導体レーザを直接高速変調する直接変調型の半導体レーザが求められている。
【０００３】
高速動作の直接変調型の半導体レーザでは寄生容量を小さくする必要がある。特に、活性層の両端に埋込層を設ける埋込型構造では、その埋込層に半絶縁性半導体層を用いることが有効である。また、発光に寄与しない無効なリーク電流を抑制する必要がある。そのため、この半絶縁性半導体層には、電子を捕捉し、鉄（Ｆｅ）をドーパントとした構造が一般的である。鉄（Ｆｅ）は、リーク電流を抑制する効果がある。しかしながら、ｐ型半導体層には、一般的に。亜鉛（Ｚｎ）がドーパントとして用いられている。そのため、亜鉛（Ｚｎ）が、鉄（Ｆｅ）との激しい相互拡散を引き起こし、半絶縁性半導体層の本来のリーク電流抑制機能が十分に発揮できないという問題がある。そのため、例えば特許文献１，２に記載のように、亜鉛（Ｚｎ）との相互拡散が発生しにくいルテニウム（Ｒｕ）をドーパントとした半絶縁性半導体層を埋込層に用いる試みがなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２９８２４０号公報（請求項４、３−４頁実施例）
【特許文献２】特開２０１１−１３４８６３号公報（段落００３１−００３４）
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】A. Dadgar et. al, “Ruthenium: A superior compensator of InP”, Applied Physics Letters, vol. 73, No. 26, pp. 3878-3880
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１および２には、ルテニウム（Ｒｕ）をドーパントとしたＲｕドープ半導体層は、良好な半絶縁性が得られると記載している。例えば非特許文献１等に記載のように、Ｒｕドープ半導体層は、電子とホールの双方を捕捉する性質がある。Ｒｕドープ半導体層は、その上下に接する半導体層の導電型により、電圧をかけた時の電流が大きく変わる。Ｒｕドープ半導体層の上下共にｐ型ＩｎＰ層を用いる構成が無効電流を最も抑制できる。このことから、半導体レーザの埋込層では、リーク電流低減に有効な半絶縁性を持つためには、Ｒｕドープ層の周囲をｐ型の半導体層で囲む必要がある。
【０００７】
特許文献１では、ｐ型ドーパントの拡散により半絶縁性半導体層の周囲を自動的にｐ−とする技術が開示されている。しかしながら、実際には、ストライプ状のメサ側面のｎ型半導体クラッド層の側部ではｐ−とならずに、一部が半絶縁性層のまま残るため、ｐ−ＳＩ―ｎ構造となる箇所ができ、埋込層全体として十分な半絶縁性を持たないという問題点があった。
【０００８】
また、特許文献２でも、Ｒｕドープの半絶縁性ブロック層がｎ型半導体層に一部接する構造となっており、同様の問題がある。
【０００９】
なお、ここで、図７，８に従来の半導体レーザの一例を示す。図７，８において、２はｎ型クラッドＩｎＰ層、３は活性層、４はｐ型クラッドＩｎＰ層、５はＲｕドープＩｎＰ層、７はｐ型ＩｎＰ基板、９は第一ｐ型ＩｎＰ層、１０は絶縁膜、１１は第二ｐ型ＩｎＰ層である。
【００１０】
図７に示す例では、活性層をメサストライプ状に形成し、当該活性層の両脇にＲｕドープＩｎＰ層５を埋込成長させている。成長層内で通常の半導体成長条件でＲｕドープＩｎＰ層５を成長させると、図７に示すように、異常成長により、ＲｕドープＩｎＰ層５の表面に凹凸ができる。そのため、その後の半導体層成長やウェハプロセスで種々の問題が発生する。従って、当該異常成長を防止するために、ハロゲン元素を含むガスを成長槽内に導入しながら、ＲｕドープＩｎＰ層５成長させる。しかしながら、ｐ型ＩｎＰ基板７を用いた場合は、ＲｕドープＩｎＰ層５の成長開始時からガスを導入すると、活性層のｎ型クラッドＩｎＰ層２の側面に成長されている第一ｐ型ＩｎＰ層９がエッチングされてしまう。その結果、図８に示すように、ＲｕドープＩｎＰ層５がｎ型クラッドＩｎＰ層２に接触してしまう。その場合には、リーク電流の経路が発生するという問題点があった。
【００１１】
特許文献２には、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層を埋込層に用いることで、電子に対する障壁が大きくなり、さらにリーク電流を低減できる技術が開示されている。しかしながら、このｐ型ＡｌＩｎＡｓ層を用いた場合、ハロゲン元素を含むガスをＲｕドープＩｎＰ層の成長開始時から導入すると、成長装置内に付着しているＡｌＩｎＡｓの一部が成長装置内に浮遊する。その結果、ＲｕドープＩｎＰ層の表面が荒れるという問題点があった。
【００１２】
この発明は、かかる問題点を解決するためのものであり、無効なリーク電流を抑制し、高効率および高速動作を実現する半導体レーザとその製造方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、ｐ型半導体基板上に、少なくとも、ｐ型クラッド層、活性層、および、ｎ型クラッド層を順に積層して、活性層部を形成する工程と、前記活性層部をエッチングによりメサストライプ状に加工して、半導体レーザ部を形成する工程と、前記半導体レーザ部の両側において、前記ｐ型半導体基板上に、第一のｐ型ＩｎＰ層、ＲｕドープＩｎＰ層、および、第二のｐ型ＩｎＰ層を順に積層して、前記半導体レーザ部の両側を埋め込んで、電流狭窄層を形成する工程とを備え、前記電流狭窄層を形成する工程は、前記ｐ型半導体基板上に、前記第一のｐ型ＩｎＰ層を成長する、第一のｐ型ＩｎＰ層形成工程と、前記第一のｐ型ＩｎＰ層上に、前記ＲｕドープＩｎＰ層を成長する、前記ＲｕドープＩｎＰ層形成工程と、前記ＲｕドープＩｎＰ層上に、前記第二のｐ型ＩｎＰ層を成長する、第二のｐ型ＩｎＰ層形成工程とを備え、前記ＲｕドープＩｎＰ層形成工程において、前記ＲｕドープＩｎＰ層が前記第一および第二のｐ型ＩｎＰ層にのみ接する構成を得るため、前記ＲｕドープＩｎＰ層成長の途中でハロゲン元素を含むガスを導入する、もしくは、前記ＲｕドープＩｎＰ層成長開始時にガスを導入し、成長途中でガス導入量を変え、前記ＲｕドープＩｎＰ層成長完了後に前記ガス導入を停止させる、ことを特徴とする半導体レーザの製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
この発明は、ｐ型半導体基板上に、少なくとも、ｐ型クラッド層、活性層、および、ｎ型クラッド層を順に積層して、活性層部を形成する工程と、前記活性層部をエッチングによりメサストライプ状に加工して、半導体レーザ部を形成する工程と、前記半導体レーザ部の両側において、前記ｐ型半導体基板上に、第一のｐ型ＩｎＰ層、ＲｕドープＩｎＰ層、および、第二のｐ型ＩｎＰ層を順に積層して、前記半導体レーザ部の両側を埋め込んで、電流狭窄層を形成する工程とを備え、前記電流狭窄層を形成する工程は、前記ｐ型半導体基板上に、前記第一のｐ型ＩｎＰ層を成長する、第一のｐ型ＩｎＰ層形成工程と、前記第一のｐ型ＩｎＰ層上に、前記ＲｕドープＩｎＰ層を成長する、前記ＲｕドープＩｎＰ層形成工程と、前記ＲｕドープＩｎＰ層上に、前記第二のｐ型ＩｎＰ層を成長する、第二のｐ型ＩｎＰ層形成工程とを備え、前記ＲｕドープＩｎＰ層形成工程において、前記ＲｕドープＩｎＰ層が前記第一および第二のｐ型ＩｎＰ層にのみ接する構成を得るため、前記ＲｕドープＩｎＰ層成長の途中でハロゲン元素を含むガスを導入する、もしくは、前記ＲｕドープＩｎＰ層成長開始時にガスを導入し、成長途中でガス導入量を変え、前記ＲｕドープＩｎＰ層成長完了後に前記ガス導入を停止させる、ことを特徴とする半導体レーザの製造方法であるので、無効なリーク電流を抑制し、高効率および高速動作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの構成を示した説明図である。
【図２Ａ】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法の処理の流れを示した製造フロー図である。
【図２Ｂ】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法の処理の流れを示した製造フロー図である。
【図２Ｃ】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法の処理の流れを示した製造フロー図である。
【図２Ｄ】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法の処理の流れを示した製造フロー図である。
【図２Ｅ】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法の処理の流れを示した製造フロー図である。
【図２Ｆ】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法の処理の流れを示した製造フロー図である。
【図２Ｇ】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法の処理の流れを示した製造フロー図である。
【図２Ｈ】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法の処理の流れを示した製造フロー図である。
【図２Ｉ】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法の処理の流れを示した製造フロー図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る半導体レーザの構成を示した説明図である。
【図４Ａ】この発明の実施の形態１および２の変形例を示した説明図である。
【図４Ｂ】この発明の実施の形態１および２の変形例を示した説明図である。
【図４Ｃ】この発明の実施の形態１および２の変形例を示した説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法を示した説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る半導体レーザの製造方法を示した説明図である。
【図７】従来の半導体レーザの構成を示した説明図である。
【図８】従来の半導体レーザの構成を示した説明図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザにおけるＲｕ−ＩｎＰ膜厚と低効率との関係を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る製造方法で製造した半導体レーザの構成を示す。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態１に係る半導体レーザにおいては、ｐ型ＩｎＰ半導体基板７上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層４、活性層３、および、ｎ型ＩｎＰクラッド層２が順に積層されることにより、ｐ型ＩｎＰ半導体基板７上に積層部が形成されている。積層部はメサストライプ状に加工される。また、メサストライプ状の積層部の両側には、ＩｎＰ半導体を埋込成長することにより、電流狭窄層が形成されている。本実施の形態１に係る半導体レーザは、このように構成された分布帰還型半導体レーザである。
【００１８】
電流狭窄層は、ｐ型ＩｎＰ半導体基板７上に、ｐ型ＩｎＰ層９、ＲｕドープＩｎＰ層５、および、ｐ型ＩｎＰ層１１を順に積層して、形成する。ここで、ＲｕドープＩｎＰ層５は、ｐ型ＩｎＰ層９および１１にのみ接している。これにより、ＲｕドープＩｎＰ層５がｎ型ＩｎＰクラッド層２に接触しない。そのため、リーク電流の経路が発生しないので、活性層を介しない発光に無効なリーク電流を抑制することができる。また、ＲｕドープＩｎＰ層５の厚さを調整することで、高速変調動作に必要な低容量も実現できる。高速変調動作の観点から、ＲｕドープＩｎＰ層５の厚さを１〜５μｍ程度に設定することが望ましい。
【００１９】
Ｒｕ−ＩｎＰの膜厚は薄すぎると半導体レーザ動作に必要な十分な抵抗率を得ることができない。これは、ｐ型ＩｎＰのドーパントとしては亜鉛（Ｚｎ）がよく使われるが、亜鉛（Ｚｎ）はＩｎＰ中での拡散が非常に早い。埋込成長を必要とするレーザ素子では埋込成長後にコンタクト層成長など複数回の結晶成長工程が必要となり、そのたびに高温の熱処理が埋込成長部にも加わることとなる。本発明の実験では、図９に示すように、Ｒｕ−ＩｎＰ層５の膜厚が０．５μｍ以下の場合には抵抗率が極端に低くなることがわかっている。これは埋込成長部が高温にさらされることでｐ−ＩｎＰ層９，１１中のｐ型ドーパントがＲｕ−ＩｎＰ層５に拡散することで正味のＲｕ−ＩｎＰ層５の膜厚が薄くなっているからである。拡散の観点から、Ｒｕ−ＩｎＰ層５の膜厚は０．５μｍ以上であることが望ましい。
以上から、Ｒｕ−ＩｎＰ層５の膜厚は１〜５μｍであればよく、この例では、２μｍとした。
【００２０】
なお、図１において、１２はｎ型ＩｎＰクラッド層２内に形成された回折格子層であり、１３は回折格子層１２上に積層されたｎ型ＩｎＰクラッド層であり、１０はｎ型ＩｎＰクラッド層１３上に設けられたエッチング用の絶縁膜マスクである。
【００２１】
図１は、製造工程の途中の状態の半導体レーザを示しており、完成した半導体レーザは、後述の図２Ｉに示す構造を有する。
【００２２】
以下に、本実施の形態１に係る半導体レーザを製造するための製造方法を、図２Ａ〜（図２Ｉを用いて説明する。
【００２３】
まず、図２Ａに示すように、面方位（１００）のｐ型半導体ＩｎＰ基板７（図示省略、図２Ｅ参照）上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層４、活性層３、および、ｎ型ＩｎＰクラッド層２を、順に積層して積層部を形成する。次に、干渉露光や電子ビーム露光等を用いて、ｎ型ＩｎＰクラッド層２にグレーティングを形成することにより、回折格子層１２を形成する。グレーティングは、ｎ型ＩｎＰクラッド層２内部の回折格子層１２に必要な発振波長となるように形成する。
【００２４】
次に、図２Ｂに示すように、回折格子層１２上に、さらに、ｎ型ＩｎＰクラッド層１３を積層する。次に、図２Ｃに示すように、ｎ型ＩｎＰクラッド層１３をＳｉＯ２等の絶縁膜マスク１０で部分的に覆い、絶縁膜マスク１０で覆われていない部分をドライエッチングや薬液を用いたウェットエッチングにより、２〜５ミクロン程度の深さでエッチングして、図２Ｄに示すように、積層部をメサストライプ状に加工する。このメサストライプ状の積層部は、半導体レーザの活性層部（半導体レーザ部）となる。
【００２５】
次に、図２Ｅに示すように、活性層部（半導体レーザ部）の両側に、埋込層として、第一ｐ型ＩｎＰ層９、ＲｕドープＩｎＰ層５、および、第二ｐ型ＩｎＰ層１１を、ｐ型半導体ＩｎＰ基板７上に、順に積層する。こうして形成された、第一ｐ型ＩｎＰ層９、ＲｕドープＩｎＰ層５、および、第二ｐ型ＩｎＰ層１１からなる積層部は、電流狭窄層となる。なお、電流狭窄層形成の際には、ＲｕドープＩｎＰ層５が、ｎ型ＩｎＰクラッド層２に接触せずに、第一ｐ型ＩｎＰ層９および第二ｐ型ＩｎＰ層１１によって完全に囲まれるように、ハロゲン元素を含むガス導入を行ないながら、ＲｕドープＩｎＰ層５を成長させる。ガス導入のタイミングとしては、ＲｕドープＩｎＰ層５の成長の途中で、ハロゲン元素を含むガスを成長装置内に導入するようにする。もしくは、ＲｕドープＩｎＰ層５の成長開始時に、当該ガスを導入し、成長途中でガス導入量を変え、ＲｕドープＩｎＰ層５成長完了後に、ガス導入を停止するようにしてもよい。
【００２６】
この後、図２Ｆに示すように、絶縁膜マスク１０を除去後、ｎ型ＩｎＰクラッド層１３上に、ｎ型ＩｎＰコンタクト層８を成長させる。ＲｕドープＩｎＰ層５は、第一ｐ型ＩｎＰ層９および第二ｐ型ＩｎＰ層１１によって完全に囲まれているため、ｎ型ＩｎＰコンタクト層８にも接しない。さらに、図２Ｇに示すように、活性層部（半導体レーザ部）の両側に、ｎ型ＩｎＰコンタクト層８の表面から、ｎ型ＩｎＰコンタクト層８、第二ｐ型ＩｎＰ層１１、ＲｕドープＩｎＰ層５、および、第一ｐ型ＩｎＰ層９を貫通して、ｐ型ＩｎＰクラッド層４（あるいは、ｐ型半導体ＩｎＰ基板）に達する、アイソレーション溝１４を形成する（図４Ｃ参照）。次に、図２Ｈに示すように、そのアイソレーション溝１４の内壁に、絶縁膜１５を形成する。
【００２７】
さらに、図２Ｉに示すように、電流を注入するレーザ部のｎ型コンタクト層８上にｎ側電極１６を形成する。さらに、ｐ型半導体ＩｎＰ基板７を適切な厚さに研削し、ｐ型半導体ＩｎＰ基板７の下面に、ｐ側電極１７を形成する。その後、光学端面を結晶のへき開面を利用して形成し、端面に反射率を制御するためのコーティングを施す。次に、半導体レーザとなる素子間を切り離して、半導体レーザが完成する。
【００２８】
以上のように、本実施の形態１に係る半導体レーザは、半導体レーザ部と、その両側に設けられた電流狭窄層とを含む。半導体レーザ部は積層部から構成されており、当該積層部は、ｐ型半導体基板（ｐ型半導体ＩｎＰ基板７）上に順に積層された、ｐ型クラッド層（ｐ型ＩｎＰクラッド層４）、活性層３、および、ｎ型クラッド層（ｎ型ＩｎＰクラッド層２）を少なくとも有する。半導体レーザ部は、メサストライプ状に加工され、その両側が電流狭窄層により埋め込まれている。電流狭窄層は、ｐ型半導体基板（ｐ型半導体ＩｎＰ基板７）上に順に積層された、ｐ型ＩｎＰ層（第一ｐ型ＩｎＰ層９）、ＲｕドープＩｎＰ層５、および、ｐ型ＩｎＰ層（第二ｐ型ＩｎＰ層１１）を有し、且つ、ＲｕドープＩｎＰ層５がｐ型ＩｎＰ層（第一及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層９，１１）にのみ接する。電流狭窄層がこのような構成を有することで、電流狭窄層の電流狭窄効果が十分に発揮される。また、ＲｕドープＩｎＰ層５の厚さを調整することで、高速変調動作に必要な低容量も確保できる。
【００２９】
また、当該構成の半導体レーザを製造するための製造方法としては、まずはじめに、成長装置内にｐ型半導体基板（ｐ型半導体ＩｎＰ基板７）を配置する。該ｐ型半導体基板（ｐ型半導体ＩｎＰ基板７）上に、少なくとも、ｐ型クラッド層（ｐ型ＩｎＰクラッド層４）、活性層３、ｎ型クラッド層（ｎ型ＩｎＰクラッド層２）を有する積層部からなる半導体レーザ部を形成する。次に、この半導体レーザ部をメサストライプ状に加工し、その両側に、電流狭窄層を埋め込む。電流狭窄層は、ｐ型ＩｎＰ層（第一ｐ型ＩｎＰ層９）、ＲｕドープＩｎＰ層５、および、ｐ型ＩｎＰ層（第二ｐ型ＩｎＰ層１１）を順に積層し、かつ、ＲｕドープＩｎＰ層５がｐ型ＩｎＰ層（第一及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層９，１１）にのみ接するように、形成される。このとき、ＲｕドープＩｎＰ層５がｐ型ＩｎＰ層（第一及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層９，１１）にのみ接する構造を実現するために、ハロゲン元素を含むガスを成長装置内に導入するタイミングを調整し、適切な時点でガス導入を行う。具体的には、当該電流狭窄層形成時に、ＲｕドープＩｎＰ層５成長の途中でハロゲン元素を含むガスを成長装置内に導入する。もしくは、ＲｕドープＩｎＰ層５成長開始時に当該ガスを導入し始め、成長途中でガス導入量を増加させ、ＲｕドープＩｎＰ層５成長完了後にガス導入を停止し、ｐ型ＩｎＰ層を成長させるようにしてもよい。本実施の形態においては。このようにして半導体レーザを製造するようにしたので、電流狭窄層において、ｐ型ＩｎＰ層（第一ｐ型ＩｎＰ層９）、ＲｕドープＩｎＰ層５、ｐ型ＩｎＰ層（第二ｐ型ＩｎＰ層１１）を順に積層され、且つ、ＲｕドープＩｎＰ層５がｐ型ＩｎＰ層（第一及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層９，１１）にのみ接する構成となったため、電流狭窄層の電流狭窄効果が十分に発揮される。また、ＲｕドープＩｎＰ層５の厚さを自由に調整することもでき、高速変調動作に必要な低容量も実現できる。
【００３０】
本実施の形態の特徴となる、ハロゲン元素を含むガス導入に関して、図５を用いて以下に詳細を説明する。
【００３１】
電流狭窄層の第一ｐ型ＩｎＰ層９を成長後、ＲｕドープＩｎＰ層５の成長を開始する。第一ｐ型ＩｎＰ層９は、ｐ型ＩｎＰクラッド層４、活性層３、および、ｎ型ＩｎＰクラッド層２に接触している。このとき、図５（ａ）に示す段階のＲｕドープＩｎＰ層５の成長の途中で、ＲｕドープＩｎＰ層５の異常成長を抑制するために、塩化水素（ＨＣｌ）等のハロゲン元素を含むガスを成長装置内に導入する。ＲｕドープＩｎＰ層５の成長完了時にガス導入を停止し、第二ｐ型ＩｎＰ層１１を成長し、電流狭窄層の形成が完了する（図５（ｂ））。このガス導入により、既に成長した第一ｐ型ＩｎＰ層９がエッチングされ始める。そのため、ＲｕドープＩｎＰ層５が、ｎ型ＩｎＰ層２に接しないように、ｐ型ＩｎＰ層（第一及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層９，１１）で完全に囲むためには、ガス導入時期を適切に調整する必要がある。ガス導入時期が早いと、図８のように、第一ｐ型ＩｎＰ層９がエッチングされ、ＲｕドープＩｎＰ層５がｎ型クラッドＩｎＰ層２に接して、リーク電流が増加する構造となってしまう。実際には、ガス導入でエッチングされる厚さ以上に半導体層（具体的には、第一ｐ型ＩｎＰ層９とＲｕドープＩｎＰ層５）が成長された段階（図５（ａ））で、ガスを導入する。電流狭窄層の成長速度とガスによるエッチング量とに依存するため、例えば、第一ｐ型ＩｎＰ層９とＲｕドープＩｎＰ層５とを合わせた厚さが０．５μｍ程度以上になった時点で、ガスを導入すればよい。なお、ガスは、図５（ａ）以前には全く導入しないとして説明したが、ＲｕドープＩｎＰ層５の成長開始時から図５（ａ）の段階までは、ガス導入量を少なくし、図５（ａ）の段階からＲｕドープＩｎＰ層５の成長完了時まではガス導入量を増やすようにしてもよく、この方法でも同様の効果が得られる。
【００３２】
特許文献２でも、ハロゲン化ガスを導入する技術が開示されている。しかしながら、特許文献２では、半絶縁性半導体層成長前にメサストライプ側面に十分な厚さの半導体層が積層されており、半絶縁性半導体層成長の途中段階でガスを導入し始める必要がない。また、特許文献２の図１の第１ｐ型ＩｎＰ層のメサストライプ側面の厚さを厚くせずに、第１ｎ型ＩｎＰ層の厚さを厚くすることで、リーク電流を増加させることなく、半絶縁性半導体層成長直前のメサストライプ側面の半導体層を厚くするよう調整が可能なため、ガス導入時期については何も開示されていない。従って、特許文献２と本発明とは異なる。また、本実施の形態１の構成において、ＲｕドープＩｎＰ層５の成長前に、０．５μｍ程度以上に第一ｐ型ＩｎＰ層９を厚く成長すると、この部分を流れるリーク電流が増加し、良好な特性が得られない。よって、上述した本実施の形態１による製造方法が有効な解決方法となる。
【００３３】
なお、本実施の形態１に係る製造方法は、図４Ａ及び図４Ｃに示すような、光導波路層１９を備えた半導体レーザにおける、光導波路形成時に用いても同様の効果が得られる。図４Ａ及び図４Ｃに示す半導体レーザは、ｐ型半導体ＩｎＰ基板７上に積層された、少なくともｐ型ＩｎＰクラッド層４、活性層３、ｎ型ＩｎＰクラッド層２を有する積層部からなる半導体レーザ部と、その光出力側に設けられたクラッド層を伴う光導波路層１９とを有している。また、図４Ｃに示すように、活性層３と光導波路層１９とがメサストライプ状に加工され、その両側が半導体の電流狭窄層で埋め込まれている。他の構成は、図１，２で説明した半導体レーザと同じである。
【００３４】
この光導波路層１９を有する半導体レーザの製造方法の一例は下記の通りである。まず、面方位（１００）のｐ型半導体ＩｎＰ基板７上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層４、活性層３、および、ｎ型ＩｎＰクラッド層２を積層する。次に、ｎ型ＩｎＰクラッド層２内部の回折格子層１２（図示省略、図２Ａ〜図２Ｉ参照）を、干渉露光や電子ビーム露光等を用いて形成する。その上にさらにｎ型ＩｎＰクラッド層１３（図示省略、図２Ａ〜図２Ｉ参照）を積層する。この積層構造で、光の出射方向の一部を除去するため、ｎ型ＩｎＰクラッド層１３の一部をＳｉＯ２等の絶縁膜マスク２０で覆い、絶縁膜マスク２０で覆われていない部分をドライエッチングや薬液を用いたウェットエッチングにより、活性層３下面の深さまでエッチングする。その後、図４Ａのように積層構造を成長し、この積層構造のうちＲｕドープＩｎＰ層５の成長時に本実施の形態１の製造方法を適用する。その後、この活性層３および導波路層１９を含めた積層構造の一部をＳｉＯ２等の絶縁膜マスク１０で覆い、絶縁膜マスク１０で覆われていない部分をドライエッチングや薬液を用いたウェットエッチングにより、２〜５ミクロン程度の深さでエッチングし、メサストライプ状に加工する。
【００３５】
図４Ａ及び図４Ｃの構成においても、このメサストライプの両側に、電流狭窄層を形成し半導体レーザを形成するが、この電流狭窄層形成時に、本実施の形態１の製造方法を適用してもよい。すなわち、第一ｐ型ＩｎＰ層９を積層後、ＲｕドープＩｎＰ層５成長の途中で、ハロゲン元素を含むガスを成長装置内に導入する、もしくは、ＲｕドープＩｎＰ層５成長開始時に当該ガスを導入し、成長途中でガス導入量を変え、ＲｕドープＩｎＰ層５成長完了後にガス導入を停止し、第二ｐ型ＩｎＰ層１１を成長させる。絶縁膜マスク１０を除去後、ｎ型ＩｎＰクラッド層１３上に、ｎ型ＩｎＰコンタクト層８を成長させるが、ＲｕドープＩｎＰ層５は、第一ｐ型ＩｎＰ層９および第二ｐ型ＩｎＰ層１１によって完全に囲まれているため、ｎ型ＩｎＰコンタクト層８にも接しない構造となる。なお、光導波路層１９を有する構造では、活性層３から導波路層１９に電流がリークしないよう、光導波路層１９の上部のｎ型ＩｎＰコンタクト層８を一部エッチングで削除したコンタクト層除去部２１を形成する。
【００３６】
以上のように、本実施の形態においては、半導体レーザを、ｐ型半導体基板（ｐ型半導体ＩｎＰ基板７）上に、少なくともｐ型クラッド層（ｐ型ＩｎＰクラッド層４）、活性層３、および、ｎ型クラッド層（ｎ型ＩｎＰクラッド層２）を有する積層部からなる分布帰還型半導体レーザ部を有し、この半導体レーザ部がメサストライプ状に加工され、その両側が半導体の電流狭窄層で埋め込まれ、その電流狭窄層が、ｐ型ＩｎＰ層（第一ｐ型ＩｎＰ層９）、ＲｕドープＩｎＰ層５、ｐ型ＩｎＰ層（第二ｐ型ＩｎＰ層１１）を順に積層した構造であり、且つ、ＲｕドープＩｎＰ層５がｐ型ＩｎＰ層（第一及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層９，１１）にのみ接する構成にすることで、埋込層である電流狭窄層の電流狭窄効果が十分に発揮される。また、ＲｕドープＩｎＰ層５の厚さを調整することで、高速変調動作に必要な低容量も確保できる。
【００３７】
また、本実施の形態においては、このような構成の半導体レーザを製造するために、電流狭窄層形成時に、ＲｕドープＩｎＰ層５が第一及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層９，１１にのみ接する構造を実現するために、ＲｕドープＩｎＰ層５成長の途中でハロゲン元素を含むガスを成長装置内に導入する、もしくは、ＲｕドープＩｎＰ層５成長開始時に当該ガスを導入し、成長途中でガス導入量を変え、ＲｕドープＩｎＰ層５成長完了後にガス導入を停止し、ｐ型ＩｎＰ層を成長させるようにしたので、電流狭窄層において、第一ｐ型ＩｎＰ層９、ＲｕドープＩｎＰ層５、第二ｐ型ＩｎＰ層１１を順に積層され、且つ、ＲｕドープＩｎＰ層５が第一及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層９，１１にのみ接する構成となったため、電流狭窄層の電流狭窄効果が十分に発揮される。また、ＲｕドープＩｎＰ層５の厚さを調整することで、高速変調動作に必要な低容量も確保できる。
【００３８】
さらに、図４Ａ及び図４Ｃに示されるように、半導体レーザ部の光出力側に、クラッド層を伴う光導波路層１９を有した構成においても、本実施の形態１に係る半導体レーザの構成および製造方法を適用することにより、同様の効果が得られる。
【００３９】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る製造方法で製造した半導体レーザの構成を示す。
【００４０】
図３に示すように、本実施の形態２に係る半導体レーザは、実施の形態１の電流狭窄層において、第一ｐ型ＩｎＰ層９とＲｕドープＩｎＰ層５との間にｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８を介在させた点だけが、実施の形態１と異なり、他は、実施の形態１と同じである。
【００４１】
また、本実施の形態２に係る半導体レーザの製造方法においては、第一ｐ型ＩｎＰ層９の形成後の、ＲｕドープＩｎＰ層５形成前の段階に、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８を形成するようにした点だけが異なり、他は実施の形態１と同じ製造方法を適用したものである。
【００４２】
本実施の形態２においては、ハロゲン元素を含むガスの導入は、ＲｕドープＩｎＰ層５成長途中の図６（ａ）の段階で開始し、ＲｕドープＩｎＰ層５成長完了時にガス導入を停止する。その後、第二ｐ型ＩｎＰ層１１を成長し、電流狭窄層の形成が完了する（図６（ｂ））。ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８は電子に対するエネルギー障壁が大きいので、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８を用いることで、活性層３から電流狭窄層への電子のオーバーフローを抑制し、活性層３を介さない発光に無効なリーク電流を、実施の形態１よりも更に抑制することができる。この構造の半導体レーザ製造時にハロゲン元素を含むガスをＲｕドープＩｎＰ層５の成長開始時から導入した場合には、実施の形態１に示す効果の他に、直前に成長し成長装置内に付着しているＡｌＩｎＡｓの一部が成長装置内に浮遊することによる、成長層の表面荒れなどの問題を抑制できる効果があることが特徴である。
【００４３】
なお、本実施の形態２のｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８を用いた構造では、第一ｐ型ＩｎＰ層９を用いない構成でも、製造過程において同様の効果が得られる。さらに、ＩｎＰよりも電子のオーバーフローを抑制する効果があれば、電流狭窄層に用いたＡｌＩｎＡｓ層はＡｌＧａＩｎＡｓ等、その他の材料を用いてもよく、この場合も製造過程において同様の効果が得られる。
【００４４】
なお、本実施の形態２に係る半導体レーザの製造方法は、図４Ｂ及び図４Ｃに示すような、ｐ型半導体基板７上に設けられた半導体レーザ部と、その光出力側に設けられたクラッド層を伴う光導波路層１９とを有し、半導体レーザ部と光導波路層１９とがメサストライプ状に加工され、その両側が電流狭窄層で埋め込まれた半導体レーザにおける光導波路層１９上の光導波路形成時にも適用でき、同様の効果が得られる。
【００４５】
本実施の形態２の図３および図４Ｂ及び図４Ｃのいずれの構造においても、積層構造にｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８を用いること以外の製造方法は、上記の実施の形態１と同じであり、特徴とするガス導入時期やガス導入量においても実施の形態１と同様である。
【００４６】
以上のように、本実施の形態２においては、半導体レーザの構成を、ｐ型半導体基板（ｐ型半導体ＩｎＰ基板７）上に、少なくともｐ型クラッド層（ｐ型ＩｎＰクラッド層４）、活性層３、および、ｎ型クラッド層（ｎ型ＩｎＰクラッド層２）を有する半導体レーザ部を有し、この半導体レーザ部がメサストライプ状に加工され、その両側が半導体の電流狭窄層で埋め込まれ、その電流狭窄層が、ｐ型ＩｎＰ層（第一ｐ型ＩｎＰ層９）、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８、ＲｕドープＩｎＰ層５、ｐ型ＩｎＰ層（第二ｐ型ＩｎＰ層１１）を順に積層した構造であり、且つ、ＲｕドープＩｎＰ層５がｐ型半導体層（ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８および／または第二ｐ型ＩｎＰ層１１）にのみ接する構成にすることで、埋込層である電流狭窄層の電流狭窄効果が十分に発揮される。また、ＲｕドープＩｎＰ層５の厚さを調整することで、高速変調動作に必要な低容量も確保できる。
【００４７】
また、当該構成の半導体レーザを製造するための製造方法としては、まずはじめに、成長装置内にｐ型半導体基板（ｐ型半導体ＩｎＰ基板７）を配置し、該ｐ型半導体基板（ｐ型半導体ＩｎＰ基板７）上に、少なくともｐ型クラッド層（ｐ型ＩｎＰクラッド層４）、活性層３、ｎ型クラッド層（ｎ型ＩｎＰクラッド層２）を有する積層部からなる分布帰還型半導体レーザ部を形成し、次に、この半導体レーザ部をメサストライプ状に加工し、その両側に、ｐ型ＩｎＰ層（第一ｐ型ＩｎＰ層９）、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８、ＲｕドープＩｎＰ層５、および、ｐ型ＩｎＰ層（第二ｐ型ＩｎＰ層１１）を順に積層し、かつ、ＲｕドープＩｎＰ層５がｐ型半導体層（ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層１１）にのみ接するように、埋込層を形成して電流狭窄層とする。このとき、ＲｕドープＩｎＰ層５が、ｐ型半導体層（ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層９，１１）にのみ接する構造を実現するために、当該電流狭窄層形成時に、ＲｕドープＩｎＰ層５成長の途中でハロゲン元素を含むガスを成長装置内に導入する、もしくは、ＲｕドープＩｎＰ層５成長開始時に当該ガスを導入し、成長途中でガス導入量を変え、ＲｕドープＩｎＰ層５成長完了後にガス導入を停止し、ｐ型ＩｎＰ層を成長させる。このようにして、半導体レーザを製造するようにしたので、電流狭窄層において、ｐ型ＩｎＰ層（第一ｐ型ＩｎＰ層９）、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８、ＲｕドープＩｎＰ層５、ｐ型ＩｎＰ層（第二ｐ型ＩｎＰ層１１）を順に積層され、且つ、ＲｕドープＩｎＰ層５がｐ型半導体層（ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層１１）にのみ接する構成となったため、電流狭窄層の電流狭窄効果が十分に発揮される。また、ＲｕドープＩｎＰ層５の厚さを調整することで、高速変調動作に必要な低容量も確保できる。
【００４８】
また、本実施の形態２では、電子に対するエネルギー障壁が大きなｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８を用いることで、活性層３から電流狭窄層への電子のオーバーフローを抑制し、活性層３を介さない発光に無効なリーク電流を、実施の形態１よりも更に小さくできる効果がある。
【００４９】
また、ハロゲン元素を含むガスをＲｕドープＩｎＰ層５の成長開始時から導入した場合には、実施の形態１に示す効果の他に、直前に成長して成長装置内に付着しているＡｌＩｎＡｓの一部が成長装置内に浮遊することによる、成長層の表面荒れなどの問題を抑制できる効果がある。
【符号の説明】
【００５０】
２ ｎ型ＩｎＰクラッド層、３ 活性層、４ ｐ型ＩｎＰクラッド層、５ ＲｕドープＩｎＰ層、７ ｐ型半導体ＩｎＰ基板、８ ｎ型ＩｎＰコンタクト層、９ 第一ｐ型ＩｎＰ層、１０ 絶縁膜マスク、１１ 第二ｐ型ＩｎＰ層、１２ 回折格子層、１３ ｎ型ＩｎＰクラッド層、１４ アイソレーション溝、１５ 絶縁膜、１６ ｎ側電極、１７ ｐ側電極、１８ ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層、１９ 光導波路層、２０ 絶縁膜マスク、２１ コンタクト層除去部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体レーザとその製造方法に関し、特に、半導体レーザ部分の無効なリーク電流を低減し、低容量で高速動作を実現するための、半導体レーザとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信の高速化が著しく、半導体レーザの高速動作が必要となる用途が増えてきている。また、低コストで高速動作を実現するため、分布帰還型半導体レーザを直接高速変調する直接変調型の半導体レーザが求められている。
【０００３】
高速動作の直接変調型の半導体レーザでは寄生容量を小さくする必要がある。特に、活性層の両端に埋込層を設ける埋込型構造では、その埋込層に半絶縁性半導体層を用いることが有効である。また、発光に寄与しない無効なリーク電流を抑制する必要がある。そのため、この半絶縁性半導体層には、電子を捕捉し、鉄（Ｆｅ）をドーパントとした構造が一般的である。鉄（Ｆｅ）は、リーク電流を抑制する効果がある。しかしながら、ｐ型半導体層には、一般的に。亜鉛（Ｚｎ）がドーパントとして用いられている。そのため、亜鉛（Ｚｎ）が、鉄（Ｆｅ）との激しい相互拡散を引き起こし、半絶縁性半導体層の本来のリーク電流抑制機能が十分に発揮できないという問題がある。そのため、例えば特許文献１，２に記載のように、亜鉛（Ｚｎ）との相互拡散が発生しにくいルテニウム（Ｒｕ）をドーパントとした半絶縁性半導体層を埋込層に用いる試みがなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２９８２４０号公報（請求項４、３−４頁実施例）
【特許文献２】特開２０１１−１３４８６３号公報（段落００３１−００３４）
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】A. Dadgar et. al, “Ruthenium: A superior compensator of InP”, Applied Physics Letters, vol. 73, No. 26, pp. 3878-3880
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１および２には、ルテニウム（Ｒｕ）をドーパントとしたＲｕドープ半導体層は、良好な半絶縁性が得られると記載している。例えば非特許文献１等に記載のように、Ｒｕドープ半導体層は、電子とホールの双方を捕捉する性質がある。Ｒｕドープ半導体層は、その上下に接する半導体層の導電型により、電圧をかけた時の電流が大きく変わる。Ｒｕドープ半導体層の上下共にｐ型ＩｎＰ層を用いる構成が無効電流を最も抑制できる。このことから、半導体レーザの埋込層では、リーク電流低減に有効な半絶縁性を持つためには、Ｒｕドープ層の周囲をｐ型の半導体層で囲む必要がある。
【０００７】
特許文献１では、ｐ型ドーパントの拡散により半絶縁性半導体層の周囲を自動的にｐ−とする技術が開示されている。しかしながら、実際には、ストライプ状のメサ側面のｎ型半導体クラッド層の側部ではｐ−とならずに、一部が半絶縁性層のまま残るため、ｐ−ＳＩ―ｎ構造となる箇所ができ、埋込層全体として十分な半絶縁性を持たないという問題点があった。
【０００８】
また、特許文献２でも、Ｒｕドープの半絶縁性ブロック層がｎ型半導体層に一部接する構造となっており、同様の問題がある。
【０００９】
なお、ここで、図７，８に従来の半導体レーザの一例を示す。図７，８において、２はｎ型クラッドＩｎＰ層、３は活性層、４はｐ型クラッドＩｎＰ層、５はＲｕドープＩｎＰ層、７はｐ型ＩｎＰ基板、９は第一ｐ型ＩｎＰ層、１０は絶縁膜、１１は第二ｐ型ＩｎＰ層である。
【００１０】
図７に示す例では、活性層をメサストライプ状に形成し、当該活性層の両脇にＲｕドープＩｎＰ層５を埋込成長させている。成長層内で通常の半導体成長条件でＲｕドープＩｎＰ層５を成長させると、図７に示すように、異常成長により、ＲｕドープＩｎＰ層５の表面に凹凸ができる。そのため、その後の半導体層成長やウェハプロセスで種々の問題が発生する。従って、当該異常成長を防止するために、ハロゲン元素を含むガスを成長槽内に導入しながら、ＲｕドープＩｎＰ層５成長させる。しかしながら、ｐ型ＩｎＰ基板７を用いた場合は、ＲｕドープＩｎＰ層５の成長開始時からガスを導入すると、活性層のｎ型クラッドＩｎＰ層２の側面に成長されている第一ｐ型ＩｎＰ層９がエッチングされてしまう。その結果、図８に示すように、ＲｕドープＩｎＰ層５がｎ型クラッドＩｎＰ層２に接触してしまう。その場合には、リーク電流の経路が発生するという問題点があった。
【００１１】
特許文献２には、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層を埋込層に用いることで、電子に対する障壁が大きくなり、さらにリーク電流を低減できる技術が開示されている。しかしながら、このｐ型ＡｌＩｎＡｓ層を用いた場合、ハロゲン元素を含むガスをＲｕドープＩｎＰ層の成長開始時から導入すると、成長装置内に付着しているＡｌＩｎＡｓの一部が成長装置内に浮遊する。その結果、ＲｕドープＩｎＰ層の表面が荒れるという問題点があった。
【００１２】
この発明は、かかる問題点を解決するためのものであり、無効なリーク電流を抑制し、高効率および高速動作を実現する半導体レーザとその製造方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、ｐ型半導体基板上に、少なくとも、ｐ型クラッド層、活性層、および、ｎ型クラッド層を順に積層して、活性層部を形成する工程と、前記活性層部をエッチングによりメサストライプ状に加工して、半導体レーザ部を形成する工程と、前記半導体レーザ部の両側において、前記ｐ型半導体基板上に、第一のｐ型ＩｎＰ層、ＲｕドープＩｎＰ層、および、第二のｐ型ＩｎＰ層を順に積層して、前記半導体レーザ部の両側を埋め込んで、電流狭窄層を形成する工程とを備え、前記電流狭窄層を形成する工程は、前記ｐ型半導体基板上に、前記第一のｐ型ＩｎＰ層を成長する、第一のｐ型ＩｎＰ層形成工程と、前記第一のｐ型ＩｎＰ層上に、前記ＲｕドープＩｎＰ層を成長する、前記ＲｕドープＩｎＰ層形成工程と、前記ＲｕドープＩｎＰ層上に、前記第二のｐ型ＩｎＰ層を成長する、第二のｐ型ＩｎＰ層形成工程とを備え、前記ＲｕドープＩｎＰ層形成工程において、前記ＲｕドープＩｎＰ層が前記第一および第二のｐ型ＩｎＰ層にのみ接する構成を得るため、前記ＲｕドープＩｎＰ層成長の途中でハロゲン元素を含むガスを導入する、もしくは、前記ＲｕドープＩｎＰ層成長開始時にガスを導入し、成長途中でガス導入量を変え、前記ＲｕドープＩｎＰ層成長完了後に前記ガス導入を停止させる、ことを特徴とする半導体レーザの製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
この発明は、ｐ型半導体基板上に、少なくとも、ｐ型クラッド層、活性層、および、ｎ型クラッド層を順に積層して、活性層部を形成する工程と、前記活性層部をエッチングによりメサストライプ状に加工して、半導体レーザ部を形成する工程と、前記半導体レーザ部の両側において、前記ｐ型半導体基板上に、第一のｐ型ＩｎＰ層、ＲｕドープＩｎＰ層、および、第二のｐ型ＩｎＰ層を順に積層して、前記半導体レーザ部の両側を埋め込んで、電流狭窄層を形成する工程とを備え、前記電流狭窄層を形成する工程は、前記ｐ型半導体基板上に、前記第一のｐ型ＩｎＰ層を成長する、第一のｐ型ＩｎＰ層形成工程と、前記第一のｐ型ＩｎＰ層上に、前記ＲｕドープＩｎＰ層を成長する、前記ＲｕドープＩｎＰ層形成工程と、前記ＲｕドープＩｎＰ層上に、前記第二のｐ型ＩｎＰ層を成長する、第二のｐ型ＩｎＰ層形成工程とを備え、前記ＲｕドープＩｎＰ層形成工程において、前記ＲｕドープＩｎＰ層が前記第一および第二のｐ型ＩｎＰ層にのみ接する構成を得るため、前記ＲｕドープＩｎＰ層成長の途中でハロゲン元素を含むガスを導入する、もしくは、前記ＲｕドープＩｎＰ層成長開始時にガスを導入し、成長途中でガス導入量を変え、前記ＲｕドープＩｎＰ層成長完了後に前記ガス導入を停止させる、ことを特徴とする半導体レーザの製造方法であるので、無効なリーク電流を抑制し、高効率および高速動作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの構成を示した説明図である。
【図２Ａ】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法の処理の流れを示した製造フロー図である。
【図２Ｂ】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法の処理の流れを示した製造フロー図である。
【図２Ｃ】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法の処理の流れを示した製造フロー図である。
【図２Ｄ】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法の処理の流れを示した製造フロー図である。
【図２Ｅ】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法の処理の流れを示した製造フロー図である。
【図２Ｆ】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法の処理の流れを示した製造フロー図である。
【図２Ｇ】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法の処理の流れを示した製造フロー図である。
【図２Ｈ】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法の処理の流れを示した製造フロー図である。
【図２Ｉ】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法の処理の流れを示した製造フロー図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る半導体レーザの構成を示した説明図である。
【図４Ａ】この発明の実施の形態１および２の変形例を示した説明図である。
【図４Ｂ】この発明の実施の形態１および２の変形例を示した説明図である。
【図４Ｃ】この発明の実施の形態１および２の変形例を示した説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法を示した説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る半導体レーザの製造方法を示した説明図である。
【図７】従来の半導体レーザの構成を示した説明図である。
【図８】従来の半導体レーザの構成を示した説明図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザにおけるＲｕ−ＩｎＰ膜厚と低効率との関係を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る製造方法で製造した半導体レーザの構成を示す。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態１に係る半導体レーザにおいては、ｐ型ＩｎＰ半導体基板７上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層４、活性層３、および、ｎ型ＩｎＰクラッド層２が順に積層されることにより、ｐ型ＩｎＰ半導体基板７上に積層部が形成されている。積層部はメサストライプ状に加工される。また、メサストライプ状の積層部の両側には、ＩｎＰ半導体を埋込成長することにより、電流狭窄層が形成されている。本実施の形態１に係る半導体レーザは、このように構成された分布帰還型半導体レーザである。
【００１８】
電流狭窄層は、ｐ型ＩｎＰ半導体基板７上に、ｐ型ＩｎＰ層９、ＲｕドープＩｎＰ層５、および、ｐ型ＩｎＰ層１１を順に積層して、形成する。ここで、ＲｕドープＩｎＰ層５は、ｐ型ＩｎＰ層９および１１にのみ接している。これにより、ＲｕドープＩｎＰ層５がｎ型ＩｎＰクラッド層２に接触しない。そのため、リーク電流の経路が発生しないので、活性層を介しない発光に無効なリーク電流を抑制することができる。また、ＲｕドープＩｎＰ層５の厚さを調整することで、高速変調動作に必要な低容量も実現できる。高速変調動作の観点から、ＲｕドープＩｎＰ層５の厚さを１〜５μｍ程度に設定することが望ましい。
【００１９】
Ｒｕ−ＩｎＰの膜厚は薄すぎると半導体レーザ動作に必要な十分な抵抗率を得ることができない。これは、ｐ型ＩｎＰのドーパントとしては亜鉛（Ｚｎ）がよく使われるが、亜鉛（Ｚｎ）はＩｎＰ中での拡散が非常に早い。埋込成長を必要とするレーザ素子では埋込成長後にコンタクト層成長など複数回の結晶成長工程が必要となり、そのたびに高温の熱処理が埋込成長部にも加わることとなる。本発明の実験では、図９に示すように、Ｒｕ−ＩｎＰ層５の膜厚が０．５μｍ以下の場合には抵抗率が極端に低くなることがわかっている。これは埋込成長部が高温にさらされることでｐ−ＩｎＰ層９，１１中のｐ型ドーパントがＲｕ−ＩｎＰ層５に拡散することで正味のＲｕ−ＩｎＰ層５の膜厚が薄くなっているからである。拡散の観点から、Ｒｕ−ＩｎＰ層５の膜厚は０．５μｍ以上であることが望ましい。
以上から、Ｒｕ−ＩｎＰ層５の膜厚は１〜５μｍであればよく、この例では、２μｍとした。
【００２０】
なお、図１において、１２はｎ型ＩｎＰクラッド層２内に形成された回折格子層であり、１３は回折格子層１２上に積層されたｎ型ＩｎＰクラッド層であり、１０はｎ型ＩｎＰクラッド層１３上に設けられたエッチング用の絶縁膜マスクである。
【００２１】
図１は、製造工程の途中の状態の半導体レーザを示しており、完成した半導体レーザは、後述の図２Ｉに示す構造を有する。
【００２２】
以下に、本実施の形態１に係る半導体レーザを製造するための製造方法を、図２Ａ〜（図２Ｉを用いて説明する。
【００２３】
まず、図２Ａに示すように、面方位（１００）のｐ型半導体ＩｎＰ基板７（図示省略、図２Ｅ参照）上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層４、活性層３、および、ｎ型ＩｎＰクラッド層２を、順に積層して積層部を形成する。次に、干渉露光や電子ビーム露光等を用いて、ｎ型ＩｎＰクラッド層２にグレーティングを形成することにより、回折格子層１２を形成する。グレーティングは、ｎ型ＩｎＰクラッド層２内部の回折格子層１２に必要な発振波長となるように形成する。
【００２４】
次に、図２Ｂに示すように、回折格子層１２上に、さらに、ｎ型ＩｎＰクラッド層１３を積層する。次に、図２Ｃに示すように、ｎ型ＩｎＰクラッド層１３をＳｉＯ２等の絶縁膜マスク１０で部分的に覆い、絶縁膜マスク１０で覆われていない部分をドライエッチングや薬液を用いたウェットエッチングにより、２〜５ミクロン程度の深さでエッチングして、図２Ｄに示すように、積層部をメサストライプ状に加工する。このメサストライプ状の積層部は、半導体レーザの活性層部（半導体レーザ部）となる。
【００２５】
次に、図２Ｅに示すように、活性層部（半導体レーザ部）の両側に、埋込層として、第一ｐ型ＩｎＰ層９、ＲｕドープＩｎＰ層５、および、第二ｐ型ＩｎＰ層１１を、ｐ型半導体ＩｎＰ基板７上に、順に積層する。こうして形成された、第一ｐ型ＩｎＰ層９、ＲｕドープＩｎＰ層５、および、第二ｐ型ＩｎＰ層１１からなる積層部は、電流狭窄層となる。なお、電流狭窄層形成の際には、ＲｕドープＩｎＰ層５が、ｎ型ＩｎＰクラッド層２に接触せずに、第一ｐ型ＩｎＰ層９および第二ｐ型ＩｎＰ層１１によって完全に囲まれるように、ハロゲン元素を含むガス導入を行ないながら、ＲｕドープＩｎＰ層５を成長させる。ガス導入のタイミングとしては、ＲｕドープＩｎＰ層５の成長の途中で、ハロゲン元素を含むガスを成長装置内に導入するようにする。もしくは、ＲｕドープＩｎＰ層５の成長開始時に、当該ガスを導入し、成長途中でガス導入量を変え、ＲｕドープＩｎＰ層５成長完了後に、ガス導入を停止するようにしてもよい。
【００２６】
この後、図２Ｆに示すように、絶縁膜マスク１０を除去後、ｎ型ＩｎＰクラッド層１３上に、ｎ型ＩｎＰコンタクト層８を成長させる。ＲｕドープＩｎＰ層５は、第一ｐ型ＩｎＰ層９および第二ｐ型ＩｎＰ層１１によって完全に囲まれているため、ｎ型ＩｎＰコンタクト層８にも接しない。さらに、図２Ｇに示すように、活性層部（半導体レーザ部）の両側に、ｎ型ＩｎＰコンタクト層８の表面から、ｎ型ＩｎＰコンタクト層８、第二ｐ型ＩｎＰ層１１、ＲｕドープＩｎＰ層５、および、第一ｐ型ＩｎＰ層９を貫通して、ｐ型ＩｎＰクラッド層４（あるいは、ｐ型半導体ＩｎＰ基板）に達する、アイソレーション溝１４を形成する（図４Ｃ参照）。次に、図２Ｈに示すように、そのアイソレーション溝１４の内壁に、絶縁膜１５を形成する。
【００２７】
さらに、図２Ｉに示すように、電流を注入するレーザ部のｎ型コンタクト層８上にｎ側電極１６を形成する。さらに、ｐ型半導体ＩｎＰ基板７を適切な厚さに研削し、ｐ型半導体ＩｎＰ基板７の下面に、ｐ側電極１７を形成する。その後、光学端面を結晶のへき開面を利用して形成し、端面に反射率を制御するためのコーティングを施す。次に、半導体レーザとなる素子間を切り離して、半導体レーザが完成する。
【００２８】
以上のように、本実施の形態１に係る半導体レーザは、半導体レーザ部と、その両側に設けられた電流狭窄層とを含む。半導体レーザ部は積層部から構成されており、当該積層部は、ｐ型半導体基板（ｐ型半導体ＩｎＰ基板７）上に順に積層された、ｐ型クラッド層（ｐ型ＩｎＰクラッド層４）、活性層３、および、ｎ型クラッド層（ｎ型ＩｎＰクラッド層２）を少なくとも有する。半導体レーザ部は、メサストライプ状に加工され、その両側が電流狭窄層により埋め込まれている。電流狭窄層は、ｐ型半導体基板（ｐ型半導体ＩｎＰ基板７）上に順に積層された、ｐ型ＩｎＰ層（第一ｐ型ＩｎＰ層９）、ＲｕドープＩｎＰ層５、および、ｐ型ＩｎＰ層（第二ｐ型ＩｎＰ層１１）を有し、且つ、ＲｕドープＩｎＰ層５がｐ型ＩｎＰ層（第一及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層９，１１）にのみ接する。電流狭窄層がこのような構成を有することで、電流狭窄層の電流狭窄効果が十分に発揮される。また、ＲｕドープＩｎＰ層５の厚さを調整することで、高速変調動作に必要な低容量も確保できる。
【００２９】
また、当該構成の半導体レーザを製造するための製造方法としては、まずはじめに、成長装置内にｐ型半導体基板（ｐ型半導体ＩｎＰ基板７）を配置する。該ｐ型半導体基板（ｐ型半導体ＩｎＰ基板７）上に、少なくとも、ｐ型クラッド層（ｐ型ＩｎＰクラッド層４）、活性層３、ｎ型クラッド層（ｎ型ＩｎＰクラッド層２）を有する積層部からなる半導体レーザ部を形成する。次に、この半導体レーザ部をメサストライプ状に加工し、その両側に、電流狭窄層を埋め込む。電流狭窄層は、ｐ型ＩｎＰ層（第一ｐ型ＩｎＰ層９）、ＲｕドープＩｎＰ層５、および、ｐ型ＩｎＰ層（第二ｐ型ＩｎＰ層１１）を順に積層し、かつ、ＲｕドープＩｎＰ層５がｐ型ＩｎＰ層（第一及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層９，１１）にのみ接するように、形成される。このとき、ＲｕドープＩｎＰ層５がｐ型ＩｎＰ層（第一及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層９，１１）にのみ接する構造を実現するために、ハロゲン元素を含むガスを成長装置内に導入するタイミングを調整し、適切な時点でガス導入を行う。具体的には、当該電流狭窄層形成時に、ＲｕドープＩｎＰ層５成長の途中でハロゲン元素を含むガスを成長装置内に導入する。もしくは、ＲｕドープＩｎＰ層５成長開始時に当該ガスを導入し始め、成長途中でガス導入量を増加させ、ＲｕドープＩｎＰ層５成長完了後にガス導入を停止し、ｐ型ＩｎＰ層を成長させるようにしてもよい。本実施の形態においては。このようにして半導体レーザを製造するようにしたので、電流狭窄層において、ｐ型ＩｎＰ層（第一ｐ型ＩｎＰ層９）、ＲｕドープＩｎＰ層５、ｐ型ＩｎＰ層（第二ｐ型ＩｎＰ層１１）を順に積層され、且つ、ＲｕドープＩｎＰ層５がｐ型ＩｎＰ層（第一及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層９，１１）にのみ接する構成となったため、電流狭窄層の電流狭窄効果が十分に発揮される。また、ＲｕドープＩｎＰ層５の厚さを自由に調整することもでき、高速変調動作に必要な低容量も実現できる。
【００３０】
本実施の形態の特徴となる、ハロゲン元素を含むガス導入に関して、図５を用いて以下に詳細を説明する。
【００３１】
電流狭窄層の第一ｐ型ＩｎＰ層９を成長後、ＲｕドープＩｎＰ層５の成長を開始する。第一ｐ型ＩｎＰ層９は、ｐ型ＩｎＰクラッド層４、活性層３、および、ｎ型ＩｎＰクラッド層２に接触している。このとき、図５（ａ）に示す段階のＲｕドープＩｎＰ層５の成長の途中で、ＲｕドープＩｎＰ層５の異常成長を抑制するために、塩化水素（ＨＣｌ）等のハロゲン元素を含むガスを成長装置内に導入する。ＲｕドープＩｎＰ層５の成長完了時にガス導入を停止し、第二ｐ型ＩｎＰ層１１を成長し、電流狭窄層の形成が完了する（図５（ｂ））。このガス導入により、既に成長した第一ｐ型ＩｎＰ層９がエッチングされ始める。そのため、ＲｕドープＩｎＰ層５が、ｎ型ＩｎＰ層２に接しないように、ｐ型ＩｎＰ層（第一及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層９，１１）で完全に囲むためには、ガス導入時期を適切に調整する必要がある。ガス導入時期が早いと、図８のように、第一ｐ型ＩｎＰ層９がエッチングされ、ＲｕドープＩｎＰ層５がｎ型クラッドＩｎＰ層２に接して、リーク電流が増加する構造となってしまう。実際には、ガス導入でエッチングされる厚さ以上に半導体層（具体的には、第一ｐ型ＩｎＰ層９とＲｕドープＩｎＰ層５）が成長された段階（図５（ａ））で、ガスを導入する。電流狭窄層の成長速度とガスによるエッチング量とに依存するため、例えば、第一ｐ型ＩｎＰ層９とＲｕドープＩｎＰ層５とを合わせた厚さが０．５μｍ程度以上になった時点で、ガスを導入すればよい。なお、ガスは、図５（ａ）以前には全く導入しないとして説明したが、ＲｕドープＩｎＰ層５の成長開始時から図５（ａ）の段階までは、ガス導入量を少なくし、図５（ａ）の段階からＲｕドープＩｎＰ層５の成長完了時まではガス導入量を増やすようにしてもよく、この方法でも同様の効果が得られる。
【００３２】
特許文献２でも、ハロゲン化ガスを導入する技術が開示されている。しかしながら、特許文献２では、半絶縁性半導体層成長前にメサストライプ側面に十分な厚さの半導体層が積層されており、半絶縁性半導体層成長の途中段階でガスを導入し始める必要がない。また、特許文献２の図１の第１ｐ型ＩｎＰ層のメサストライプ側面の厚さを厚くせずに、第１ｎ型ＩｎＰ層の厚さを厚くすることで、リーク電流を増加させることなく、半絶縁性半導体層成長直前のメサストライプ側面の半導体層を厚くするよう調整が可能なため、ガス導入時期については何も開示されていない。従って、特許文献２と本発明とは異なる。また、本実施の形態１の構成において、ＲｕドープＩｎＰ層５の成長前に、０．５μｍ程度以上に第一ｐ型ＩｎＰ層９を厚く成長すると、この部分を流れるリーク電流が増加し、良好な特性が得られない。よって、上述した本実施の形態１による製造方法が有効な解決方法となる。
【００３３】
なお、本実施の形態１に係る製造方法は、図４Ａ及び図４Ｃに示すような、光導波路層１９を備えた半導体レーザにおける、光導波路形成時に用いても同様の効果が得られる。図４Ａ及び図４Ｃに示す半導体レーザは、ｐ型半導体ＩｎＰ基板７上に積層された、少なくともｐ型ＩｎＰクラッド層４、活性層３、ｎ型ＩｎＰクラッド層２を有する積層部からなる半導体レーザ部と、その光出力側に設けられたクラッド層を伴う光導波路層１９とを有している。また、図４Ｃに示すように、活性層３と光導波路層１９とがメサストライプ状に加工され、その両側が半導体の電流狭窄層で埋め込まれている。他の構成は、図１，２で説明した半導体レーザと同じである。
【００３４】
この光導波路層１９を有する半導体レーザの製造方法の一例は下記の通りである。まず、面方位（１００）のｐ型半導体ＩｎＰ基板７上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層４、活性層３、および、ｎ型ＩｎＰクラッド層２を積層する。次に、ｎ型ＩｎＰクラッド層２内部の回折格子層１２（図示省略、図２Ａ〜図２Ｉ参照）を、干渉露光や電子ビーム露光等を用いて形成する。その上にさらにｎ型ＩｎＰクラッド層１３（図示省略、図２Ａ〜図２Ｉ参照）を積層する。この積層構造で、光の出射方向の一部を除去するため、ｎ型ＩｎＰクラッド層１３の一部をＳｉＯ２等の絶縁膜マスク２０で覆い、絶縁膜マスク２０で覆われていない部分をドライエッチングや薬液を用いたウェットエッチングにより、活性層３下面の深さまでエッチングする。その後、図４Ａのように積層構造を成長し、この積層構造のうちＲｕドープＩｎＰ層５の成長時に本実施の形態１の製造方法を適用する。その後、この活性層３および導波路層１９を含めた積層構造の一部をＳｉＯ２等の絶縁膜マスク１０で覆い、絶縁膜マスク１０で覆われていない部分をドライエッチングや薬液を用いたウェットエッチングにより、２〜５ミクロン程度の深さでエッチングし、メサストライプ状に加工する。
【００３５】
図４Ａ及び図４Ｃの構成においても、このメサストライプの両側に、電流狭窄層を形成し半導体レーザを形成するが、この電流狭窄層形成時に、本実施の形態１の製造方法を適用してもよい。すなわち、第一ｐ型ＩｎＰ層９を積層後、ＲｕドープＩｎＰ層５成長の途中で、ハロゲン元素を含むガスを成長装置内に導入する、もしくは、ＲｕドープＩｎＰ層５成長開始時に当該ガスを導入し、成長途中でガス導入量を変え、ＲｕドープＩｎＰ層５成長完了後にガス導入を停止し、第二ｐ型ＩｎＰ層１１を成長させる。絶縁膜マスク１０を除去後、ｎ型ＩｎＰクラッド層１３上に、ｎ型ＩｎＰコンタクト層８を成長させるが、ＲｕドープＩｎＰ層５は、第一ｐ型ＩｎＰ層９および第二ｐ型ＩｎＰ層１１によって完全に囲まれているため、ｎ型ＩｎＰコンタクト層８にも接しない構造となる。なお、光導波路層１９を有する構造では、活性層３から導波路層１９に電流がリークしないよう、光導波路層１９の上部のｎ型ＩｎＰコンタクト層８を一部エッチングで削除したコンタクト層除去部２１を形成する。
【００３６】
以上のように、本実施の形態においては、半導体レーザを、ｐ型半導体基板（ｐ型半導体ＩｎＰ基板７）上に、少なくともｐ型クラッド層（ｐ型ＩｎＰクラッド層４）、活性層３、および、ｎ型クラッド層（ｎ型ＩｎＰクラッド層２）を有する積層部からなる分布帰還型半導体レーザ部を有し、この半導体レーザ部がメサストライプ状に加工され、その両側が半導体の電流狭窄層で埋め込まれ、その電流狭窄層が、ｐ型ＩｎＰ層（第一ｐ型ＩｎＰ層９）、ＲｕドープＩｎＰ層５、ｐ型ＩｎＰ層（第二ｐ型ＩｎＰ層１１）を順に積層した構造であり、且つ、ＲｕドープＩｎＰ層５がｐ型ＩｎＰ層（第一及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層９，１１）にのみ接する構成にすることで、埋込層である電流狭窄層の電流狭窄効果が十分に発揮される。また、ＲｕドープＩｎＰ層５の厚さを調整することで、高速変調動作に必要な低容量も確保できる。
【００３７】
また、本実施の形態においては、このような構成の半導体レーザを製造するために、電流狭窄層形成時に、ＲｕドープＩｎＰ層５が第一及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層９，１１にのみ接する構造を実現するために、ＲｕドープＩｎＰ層５成長の途中でハロゲン元素を含むガスを成長装置内に導入する、もしくは、ＲｕドープＩｎＰ層５成長開始時に当該ガスを導入し、成長途中でガス導入量を変え、ＲｕドープＩｎＰ層５成長完了後にガス導入を停止し、ｐ型ＩｎＰ層を成長させるようにしたので、電流狭窄層において、第一ｐ型ＩｎＰ層９、ＲｕドープＩｎＰ層５、第二ｐ型ＩｎＰ層１１を順に積層され、且つ、ＲｕドープＩｎＰ層５が第一及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層９，１１にのみ接する構成となったため、電流狭窄層の電流狭窄効果が十分に発揮される。また、ＲｕドープＩｎＰ層５の厚さを調整することで、高速変調動作に必要な低容量も確保できる。
【００３８】
さらに、図４Ａ及び図４Ｃに示されるように、半導体レーザ部の光出力側に、クラッド層を伴う光導波路層１９を有した構成においても、本実施の形態１に係る半導体レーザの構成および製造方法を適用することにより、同様の効果が得られる。
【００３９】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る製造方法で製造した半導体レーザの構成を示す。
【００４０】
図３に示すように、本実施の形態２に係る半導体レーザは、実施の形態１の電流狭窄層において、第一ｐ型ＩｎＰ層９とＲｕドープＩｎＰ層５との間にｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８を介在させた点だけが、実施の形態１と異なり、他は、実施の形態１と同じである。
【００４１】
また、本実施の形態２に係る半導体レーザの製造方法においては、第一ｐ型ＩｎＰ層９の形成後の、ＲｕドープＩｎＰ層５形成前の段階に、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８を形成するようにした点だけが異なり、他は実施の形態１と同じ製造方法を適用したものである。
【００４２】
本実施の形態２においては、ハロゲン元素を含むガスの導入は、ＲｕドープＩｎＰ層５成長途中の図６（ａ）の段階で開始し、ＲｕドープＩｎＰ層５成長完了時にガス導入を停止する。その後、第二ｐ型ＩｎＰ層１１を成長し、電流狭窄層の形成が完了する（図６（ｂ））。ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８は電子に対するエネルギー障壁が大きいので、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８を用いることで、活性層３から電流狭窄層への電子のオーバーフローを抑制し、活性層３を介さない発光に無効なリーク電流を、実施の形態１よりも更に抑制することができる。この構造の半導体レーザ製造時にハロゲン元素を含むガスをＲｕドープＩｎＰ層５の成長開始時から導入した場合には、実施の形態１に示す効果の他に、直前に成長し成長装置内に付着しているＡｌＩｎＡｓの一部が成長装置内に浮遊することによる、成長層の表面荒れなどの問題を抑制できる効果があることが特徴である。
【００４３】
なお、本実施の形態２のｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８を用いた構造では、第一ｐ型ＩｎＰ層９を用いない構成でも、製造過程において同様の効果が得られる。さらに、ＩｎＰよりも電子のオーバーフローを抑制する効果があれば、電流狭窄層に用いたＡｌＩｎＡｓ層はＡｌＧａＩｎＡｓ等、その他の材料を用いてもよく、この場合も製造過程において同様の効果が得られる。
【００４４】
なお、本実施の形態２に係る半導体レーザの製造方法は、図４Ｂ及び図４Ｃに示すような、ｐ型半導体基板７上に設けられた半導体レーザ部と、その光出力側に設けられたクラッド層を伴う光導波路層１９とを有し、半導体レーザ部と光導波路層１９とがメサストライプ状に加工され、その両側が電流狭窄層で埋め込まれた半導体レーザにおける光導波路層１９上の光導波路形成時にも適用でき、同様の効果が得られる。
【００４５】
本実施の形態２の図３および図４Ｂ及び図４Ｃのいずれの構造においても、積層構造にｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８を用いること以外の製造方法は、上記の実施の形態１と同じであり、特徴とするガス導入時期やガス導入量においても実施の形態１と同様である。
【００４６】
以上のように、本実施の形態２においては、半導体レーザの構成を、ｐ型半導体基板（ｐ型半導体ＩｎＰ基板７）上に、少なくともｐ型クラッド層（ｐ型ＩｎＰクラッド層４）、活性層３、および、ｎ型クラッド層（ｎ型ＩｎＰクラッド層２）を有する半導体レーザ部を有し、この半導体レーザ部がメサストライプ状に加工され、その両側が半導体の電流狭窄層で埋め込まれ、その電流狭窄層が、ｐ型ＩｎＰ層（第一ｐ型ＩｎＰ層９）、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８、ＲｕドープＩｎＰ層５、ｐ型ＩｎＰ層（第二ｐ型ＩｎＰ層１１）を順に積層した構造であり、且つ、ＲｕドープＩｎＰ層５がｐ型半導体層（ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８および／または第二ｐ型ＩｎＰ層１１）にのみ接する構成にすることで、埋込層である電流狭窄層の電流狭窄効果が十分に発揮される。また、ＲｕドープＩｎＰ層５の厚さを調整することで、高速変調動作に必要な低容量も確保できる。
【００４７】
また、当該構成の半導体レーザを製造するための製造方法としては、まずはじめに、成長装置内にｐ型半導体基板（ｐ型半導体ＩｎＰ基板７）を配置し、該ｐ型半導体基板（ｐ型半導体ＩｎＰ基板７）上に、少なくともｐ型クラッド層（ｐ型ＩｎＰクラッド層４）、活性層３、ｎ型クラッド層（ｎ型ＩｎＰクラッド層２）を有する積層部からなる分布帰還型半導体レーザ部を形成し、次に、この半導体レーザ部をメサストライプ状に加工し、その両側に、ｐ型ＩｎＰ層（第一ｐ型ＩｎＰ層９）、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８、ＲｕドープＩｎＰ層５、および、ｐ型ＩｎＰ層（第二ｐ型ＩｎＰ層１１）を順に積層し、かつ、ＲｕドープＩｎＰ層５がｐ型半導体層（ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層１１）にのみ接するように、埋込層を形成して電流狭窄層とする。このとき、ＲｕドープＩｎＰ層５が、ｐ型半導体層（ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層９，１１）にのみ接する構造を実現するために、当該電流狭窄層形成時に、ＲｕドープＩｎＰ層５成長の途中でハロゲン元素を含むガスを成長装置内に導入する、もしくは、ＲｕドープＩｎＰ層５成長開始時に当該ガスを導入し、成長途中でガス導入量を変え、ＲｕドープＩｎＰ層５成長完了後にガス導入を停止し、ｐ型ＩｎＰ層を成長させる。このようにして、半導体レーザを製造するようにしたので、電流狭窄層において、ｐ型ＩｎＰ層（第一ｐ型ＩｎＰ層９）、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８、ＲｕドープＩｎＰ層５、ｐ型ＩｎＰ層（第二ｐ型ＩｎＰ層１１）を順に積層され、且つ、ＲｕドープＩｎＰ層５がｐ型半導体層（ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８及び／または第二ｐ型ＩｎＰ層１１）にのみ接する構成となったため、電流狭窄層の電流狭窄効果が十分に発揮される。また、ＲｕドープＩｎＰ層５の厚さを調整することで、高速変調動作に必要な低容量も確保できる。
【００４８】
また、本実施の形態２では、電子に対するエネルギー障壁が大きなｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１８を用いることで、活性層３から電流狭窄層への電子のオーバーフローを抑制し、活性層３を介さない発光に無効なリーク電流を、実施の形態１よりも更に小さくできる効果がある。
【００４９】
また、ハロゲン元素を含むガスをＲｕドープＩｎＰ層５の成長開始時から導入した場合には、実施の形態１に示す効果の他に、直前に成長して成長装置内に付着しているＡｌＩｎＡｓの一部が成長装置内に浮遊することによる、成長層の表面荒れなどの問題を抑制できる効果がある。
【符号の説明】
【００５０】
２ ｎ型ＩｎＰクラッド層、３ 活性層、４ ｐ型ＩｎＰクラッド層、５ ＲｕドープＩｎＰ層、７ ｐ型半導体ＩｎＰ基板、８ ｎ型ＩｎＰコンタクト層、９ 第一ｐ型ＩｎＰ層、１０ 絶縁膜マスク、１１ 第二ｐ型ＩｎＰ層、１２ 回折格子層、１３ ｎ型ＩｎＰクラッド層、１４ アイソレーション溝、１５ 絶縁膜、１６ ｎ側電極、１７ ｐ側電極、１８ ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層、１９ 光導波路層、２０ 絶縁膜マスク、２１ コンタクト層除去部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型半導体基板上に、少なくとも、ｐ型クラッド層、活性層、および、ｎ型クラッド層を順に積層して、活性層部を形成する工程と、
前記活性層部をエッチングによりメサストライプ状に加工して、半導体レーザ部を形成する工程と、
前記半導体レーザ部の両側において、前記ｐ型半導体基板上に、第一のｐ型ＩｎＰ層、ＲｕドープＩｎＰ層、および、第二のｐ型ＩｎＰ層を順に積層して、前記半導体レーザ部の両側を埋め込んで、電流狭窄層を形成する工程と
を備え、
前記電流狭窄層を形成する工程は、
前記ｐ型半導体基板上に、前記第一のｐ型ＩｎＰ層を成長する、第一のｐ型ＩｎＰ層形成工程と、
前記第一のｐ型ＩｎＰ層上に、前記ＲｕドープＩｎＰ層を成長する、前記ＲｕドープＩｎＰ層形成工程と、
前記ＲｕドープＩｎＰ層上に、前記第二のｐ型ＩｎＰ層を成長する、第二のｐ型ＩｎＰ層形成工程と
を備え、
前記ＲｕドープＩｎＰ層形成工程において、
前記ＲｕドープＩｎＰ層が前記第一および第二のｐ型ＩｎＰ層にのみ接する構成を得るため、前記ＲｕドープＩｎＰ層成長の途中でハロゲン元素を含むガスを導入する、もしくは、前記ＲｕドープＩｎＰ層成長開始時にガスを導入し、成長途中でガス導入量を変え、前記ＲｕドープＩｎＰ層成長完了後に前記ガス導入を停止させる、
ことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
前記電流狭窄層は、前記第一のｐ型ＩｎＰ層と前記ＲｕドープＩｎＰ層との間に、さらに、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層が積層されており、
前記電流狭窄層を形成する工程は、
前記第一のｐ型ＩｎＰ層形成工程と前記ＲｕドープＩｎＰ層形成工程との間に、
前記第一のｐ型ＩｎＰ層上に、前記ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層を成長する、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層形成工程を
さらに備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項３】
ｐ型半導体基板上に順に積層された、ｐ型クラッド層、活性層、および、ｎ型クラッド層からなる活性層部を有する、メサストライプ状の半導体レーザ部と、
前記ｐ型半導体基板上に順に積層された、第一のｐ型ＩｎＰ層、ＲｕドープＩｎＰ層、および、第二のｐ型ＩｎＰ層を含み、前記半導体レーザ部の両側を埋め込んだ電流狭窄層と
を備え、
前記ＲｕドープＩｎＰ層が、前記第一および第二のｐ型ＩｎＰ層にのみ接し、前記半導体レーザ部には接していない
ことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４】
前記ＲｕドープＩｎＰ層の膜厚は、１．０μｍ以上、且つ、５．０μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ。
【請求項１】
ｐ型半導体基板上に、少なくとも、ｐ型クラッド層、活性層、および、ｎ型クラッド層を順に積層して、活性層部を形成する工程と、
前記活性層部をエッチングによりメサストライプ状に加工して、半導体レーザ部を形成する工程と、
前記半導体レーザ部の両側において、前記ｐ型半導体基板上に、第一のｐ型ＩｎＰ層、ＲｕドープＩｎＰ層、および、第二のｐ型ＩｎＰ層を順に積層して、前記半導体レーザ部の両側を埋め込んで、電流狭窄層を形成する工程と
を備え、
前記電流狭窄層を形成する工程は、
前記ｐ型半導体基板上に、前記第一のｐ型ＩｎＰ層を成長する、第一のｐ型ＩｎＰ層形成工程と、
前記第一のｐ型ＩｎＰ層上に、前記ＲｕドープＩｎＰ層を成長する、前記ＲｕドープＩｎＰ層形成工程と、
前記ＲｕドープＩｎＰ層上に、前記第二のｐ型ＩｎＰ層を成長する、第二のｐ型ＩｎＰ層形成工程と
を備え、
前記ＲｕドープＩｎＰ層形成工程において、
前記ＲｕドープＩｎＰ層が前記第一および第二のｐ型ＩｎＰ層にのみ接する構成を得るため、前記ＲｕドープＩｎＰ層成長の途中でハロゲン元素を含むガスを導入する、もしくは、前記ＲｕドープＩｎＰ層成長開始時にガスを導入し、成長途中でガス導入量を変え、前記ＲｕドープＩｎＰ層成長完了後に前記ガス導入を停止させる、
ことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
前記電流狭窄層は、前記第一のｐ型ＩｎＰ層と前記ＲｕドープＩｎＰ層との間に、さらに、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層が積層されており、
前記電流狭窄層を形成する工程は、
前記第一のｐ型ＩｎＰ層形成工程と前記ＲｕドープＩｎＰ層形成工程との間に、
前記第一のｐ型ＩｎＰ層上に、前記ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層を成長する、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層形成工程を
さらに備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項３】
ｐ型半導体基板上に順に積層された、ｐ型クラッド層、活性層、および、ｎ型クラッド層からなる活性層部を有する、メサストライプ状の半導体レーザ部と、
前記ｐ型半導体基板上に順に積層された、第一のｐ型ＩｎＰ層、ＲｕドープＩｎＰ層、および、第二のｐ型ＩｎＰ層を含み、前記半導体レーザ部の両側を埋め込んだ電流狭窄層と
を備え、
前記ＲｕドープＩｎＰ層が、前記第一および第二のｐ型ＩｎＰ層にのみ接し、前記半導体レーザ部には接していない
ことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４】
前記ＲｕドープＩｎＰ層の膜厚は、１．０μｍ以上、且つ、５．０μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【図２Ｇ】
【図２Ｈ】
【図２Ｉ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【図２Ｇ】
【図２Ｈ】
【図２Ｉ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−７７７９７（Ｐ２０１３−７７７９７Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−６５５６５（Ｐ２０１２−６５５６５）
【出願日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、総務省「超高速光伝送システム技術の研究開発（イーサネット向け超高速省電力光伝送技術）」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、総務省「超高速光伝送システム技術の研究開発（イーサネット向け超高速省電力光伝送技術）」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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