半導体レーザの製造方法
【課題】ドーパント濃度が高精度に制御された半導体領域を有する半導体レーザを得ることが可能な半導体レーザの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法は、半導体レーザを製造するための半導体領域８０と、中間層９０と、半導体レーザを製造するための半導体領域１００とをこの順に半導体基板５上に形成する半導体領域形成工程と、半導体領域１００のドーパント濃度を測定する測定工程と、測定工程の後、半導体領域１００及び中間層９０を除去する除去工程と、半導体領域８０を用いて半導体レーザを製造することの要否をドーパント濃度の測定結果に基づき判定する判定工程と、判定工程において半導体領域８０を用いて半導体レーザの製造を要すると判定された場合、半導体領域８０を用いて半導体レーザを製造する工程と、を備える。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法は、半導体レーザを製造するための半導体領域８０と、中間層９０と、半導体レーザを製造するための半導体領域１００とをこの順に半導体基板５上に形成する半導体領域形成工程と、半導体領域１００のドーパント濃度を測定する測定工程と、測定工程の後、半導体領域１００及び中間層９０を除去する除去工程と、半導体領域８０を用いて半導体レーザを製造することの要否をドーパント濃度の測定結果に基づき判定する判定工程と、判定工程において半導体領域８０を用いて半導体レーザの製造を要すると判定された場合、半導体領域８０を用いて半導体レーザを製造する工程と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、Ｚｎをドーパントとして含有する半導体領域を備えた半導体レーザが記載されている。このような半導体レーザのレーザ特性（素子寿命、しきい値電流等）は、半導体レーザを構成する半導体領域のドーパント濃度に依存している。そのため、設計値通りのレーザ特性を得るためには、半導体レーザを構成する半導体領域のドーパント濃度を精確に把握する必要がある。特許文献１には、半導体領域のドーパント濃度を二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により測定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−６８５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ法）等により半導体基板上に半導体領域を結晶成長させた後、二次イオン質量分析等の破壊分析により半導体領域のドーパント濃度を測定した場合には、半導体領域に測定痕が残存してしまい、当該半導体領域を用いてウエハプロセス（メサ部形成や電極形成等）を行って半導体レーザを作製すると、設計値通りのレーザ特性を得ることができない。同様に、半導体基板上に半導体領域を結晶成長させ、ウエハプロセスを行って半導体レーザを作製した後、破壊分析により半導体領域のドーパント濃度を測定した場合には、半導体レーザの半導体領域に測定痕が残存してしまい、設計値通りのレーザ特性を得ることができない。
【０００５】
一方、破壊分析によりドーパント濃度を測定する場合、同一成長条件で半導体領域を複数の半導体基板上に成長させて積層体を複数作製し、一の積層体をダミーウエハとしてドーパント濃度の測定に用い、他の積層体を半導体レーザの製造に用いることが考えられる。例えば、一の半導体基板上に半導体領域を成長させて、半導体レーザを製造するための積層体を作製した後、半導体基板を取り替えて、同一成長条件で他の半導体基板上に半導体領域を成長させて、ダミーウエハとするための積層体を作製することが考えられる。しかしながら、この場合、積層体は互いに異なる半導体基板上に作製される上、同一成長条件で半導体領域を成長させているものの半導体基板の取り替えに際して成長炉内の内部環境が変化するため、半導体領域毎にドーパント濃度が異なり易い。
【０００６】
また、成膜装置の成長炉（チャンバ）内の基板載置領域上に複数の半導体基板を配置し、それぞれの半導体基板上に同一成長条件で同時に半導体領域を成長させて複数の積層体を作製することが考えられる。しかしながら、この場合、同一成長条件で同時に複数の積層体を作製しているものの、積層体は互いに異なる半導体基板上に作製される上、成長炉内における基板載置領域には組成や膜厚の面内分布がある、すなわち、得られる半導体領域の組成や膜厚が成長炉内における半導体基板の配置位置毎に異なり易いため、半導体領域毎にドーパント濃度が異なり易い。
【０００７】
したがって、このようなドーパント濃度のばらつきが要因となり、ダミーウエハにおける半導体領域のドーパント濃度を測定したとしても、半導体レーザを製造するための半導体領域のドーパント濃度の制御精度を把握することは困難である。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、ドーパント濃度が高精度に制御された半導体領域を有する半導体レーザを得ることが可能な半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のとおり複数の半導体基板上に同一成長条件で半導体領域を成長させたとしても半導体領域のドーパント濃度がばらつくのに対し、本発明者は、半導体レーザを製造するための半導体領域を半導体基板上に形成した後、当該半導体領域上に、半導体レーザを製造するための別の半導体領域を形成することで、両半導体領域のドーパント濃度を同じ濃度に調整し易くなることを見出した。
【００１０】
本発明に係る半導体レーザの製造方法は、半導体レーザを製造するための第１半導体領域と、第２半導体領域と、上記半導体レーザを製造するための第３半導体領域とをこの順に半導体基板上に形成する半導体領域形成工程と、第３半導体領域のドーパント濃度を測定する測定工程と、測定工程の後、第３半導体領域及び第２半導体領域を除去する除去工程と、第１半導体領域を用いて半導体レーザを製造することの要否をドーパント濃度の測定結果に基づき判定する判定工程と、判定工程において第１半導体領域を用いて半導体レーザの製造を要すると判定された場合、第１半導体領域を用いて半導体レーザを製造する工程と、を備える。
【００１１】
本発明に係る半導体レーザの製造方法では、半導体レーザを製造するための第１半導体領域と、第２半導体領域と、半導体レーザを製造するための第３半導体領域とをこの順に半導体基板上に形成しており、第３半導体領域が第１半導体領域上に形成される。これにより、第１半導体領域及び第３半導体領域が同一半導体基板上に形成されると共に、第１半導体領域及び第３半導体領域のドーパント濃度が成長炉内における組成の面内分布に依存することが抑制されるため、第１半導体領域及び第３半導体領域のドーパント濃度を同じ濃度に調整し易くなる。その結果、第３半導体領域のドーパント濃度に基づき第１半導体領域のドーパント濃度の制御精度を把握し易くなる。そのため、半導体レーザを製造するために第３半導体領域のドーパント濃度を測定し、第１半導体領域を用いて半導体レーザを製造することの要否をドーパント濃度の測定結果に基づき判定することにより、所望のドーパント濃度を有する第１半導体領域を用いて半導体レーザを作製することができる。また、本発明に係る半導体レーザの製造方法では、第２半導体領域を形成することにより、測定工程や除去工程を行う際に第１半導体領域のドーパント濃度が変動することを抑制することができる。以上により、本発明に係る半導体レーザの製造方法によれば、ドーパント濃度が高精度に制御された半導体領域を有する半導体レーザを得ることができる。
【００１２】
本発明に係る半導体レーザの製造方法では、測定工程においてドーパント濃度を二次イオン質量分析により測定してもよい。
【００１３】
本発明に係る半導体レーザの製造方法では、測定工程において第３半導体領域を構成するそれぞれの半導体層のドーパント濃度を測定することが好ましい。この場合、ドーパント濃度が更に高精度に制御された半導体領域を有する半導体レーザを得ることができる。
【００１４】
本発明に係る半導体レーザの製造方法では、判定工程において第１半導体領域を用いて半導体レーザの製造が不要であると判定された場合、除去工程の後に第１半導体領域を除去して半導体基板を再生する再生工程を更に備え、判定工程において半導体レーザの製造を要すると判定される第１半導体領域が得られるまで、再生工程で再生された半導体基板を用いて半導体領域形成工程、測定工程、除去工程及び判定工程を行ってもよい。この場合、判定工程において半導体レーザの製造が不要であると判定された場合であっても、半導体基板を破棄することなく半導体基板を再生することで、同一の半導体基板で半導体レーザを作製することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ドーパント濃度が従来に比して高精度に制御された半導体領域を有する半導体レーザを得ることが可能な半導体レーザの製造方法を提供することができる。本発明によれば、特に、破壊分析を用いてドーパント濃度を測定する場合であっても、ドーパント濃度が従来に比して高精度に制御された半導体領域を有する半導体レーザを得ることが可能な半導体レーザの製造方法を提供することができる。これらの本発明によれば、設計値通りのレーザ特性を有する半導体レーザを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法によって製造される半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法の主要な工程を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る半導体レーザの製造方法によって製造される半導体レーザを模式的に示す断面図である。図１に示すように、半導体レーザ１は、第１導電型（例えばｎ型）の半導体基板５と、第１導電型の半導体領域１０と、活性層１５と、第２導電型（例えばｐ型）の半導体領域２０と、絶縁層３０と、上部電極４０と、下部電極５０とを備えている。
【００１９】
半導体基板５は、例えばＩｎＰ基板等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板であり、例えばＳｉがドープされている。半導体基板５は、互いに対向する表面５ａと裏面５ｂとを有している。
【００２０】
半導体領域１０は、半導体基板５の表面５ａ上に配置されており、一又は複数の半導体層から構成されている。半導体領域１０は、例えば第１導電型の下部クラッド層１１、第１導電型の下部ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）層１３が半導体基板５の表面５ａ上にこの順に積層されて形成されている。
【００２１】
下部クラッド層１１は、例えばＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、例えばＳｉがドープされている。下部クラッド層１１の厚さは、例えば４００ｎｍである。下部ＳＣＨ層１３は、例えばＧａＩｎＡｓＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、例えばＳｉがドープされている。下部ＳＣＨ層１３の厚さは、例えば１５０ｎｍである。
【００２２】
活性層１５は、半導体領域１０上に配置されており、例えばＭＱＷ（多重量子井戸）構造やＳＱＷ（単一量子井戸）構造を有する。活性層１５は、例えば交互に配列されたバリア層１５ａ及び井戸層１５ｂを含むＭＱＷ構造を有しており、バリア層１５ａ及び井戸層１５ｂは、例えばＧａＩｎＡｓＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。バリア層１５ａの厚さは、例えば１０ｎｍであり、井戸層１５ｂの厚さは、例えば５ｎｍである。
【００２３】
半導体領域２０は、活性層１５上に配置されている。半導体領域２０の表面２０ｓ側には、メサ形状を有するメサ部２５が形成されている。メサ部２５の線幅は例えば３μｍである。メサ部２５は、半導体基板５の表面５ａに沿った所定方向に延びており、この所定方向は、半導体レーザ１における光導波方向となる。なお、図１は、この所定方向と直交する方向の切断面を示している。
【００２４】
半導体領域２０は、一又は複数の半導体層から構成されている。半導体領域２０は、例えば第２導電型の上部ＳＣＨ層１７、第２導電型の上部クラッド層１９、第２導電型のコンタクト層２１が活性層１５上にこの順に積層されて形成されている。
【００２５】
上部ＳＣＨ層１７は、半導体基板５の表面５ａ全体を覆うように活性層１５上に形成された層状部１７Ａと、層状部１７Ａ上に形成されると共にメサ部２５の一部を構成する隆起部１７Ｂとから構成されている。上部ＳＣＨ層１７は、例えば下部ＳＣＨ層１３と同じ母体材料（例えばＧａＩｎＡｓＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体）からなり、例えばＺｎがドープされている。層状部１７Ａの厚さは、例えば１００ｎｍであり、隆起部１７Ｂの厚さは、例えば５０ｎｍである。
【００２６】
上部クラッド層１９及びコンタクト層２１は、上部ＳＣＨ層１７の隆起部１７Ｂの主面全体を覆うように隆起部１７Ｂ上に形成されており、隆起部１７Ｂと共にメサ部２５を構成している。上部クラッド層１９は、例えば下部クラッド層１１と同じ母体材料（例えばＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体）からなり、例えばＺｎがドープされている。上部クラッド層１９の厚さは、例えば５００ｎｍである。コンタクト層２１は、例えばＧａＩｎＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、例えばＺｎがドープされている。コンタクト層２１の厚さは、例えば２００ｎｍである。
【００２７】
絶縁層３０は、メサ部２５を除く上部ＳＣＨ層１７上にメサ部２５の側面が埋まるように形成されている。絶縁層３０は、例えばポリイミド膜である。
【００２８】
上部電極４０は、半導体領域２０の表面２０ｓ（メサ部２５の頂面）が覆われるようにメサ部２５の長手方向（半導体レーザ１の光導波方向）に沿って形成されている。下部電極５０は、半導体基板５の裏面５ｂ全体を覆うように形成されている。上部電極４０及び下部電極５０は、例えば金電極である。
【００２９】
次に、図２〜図１０を参照しながら、本実施形態に係る半導体レーザの製造方法について説明する。図２は、本実施形態に係る半導体レーザの製造方法の主要な工程を示すフローチャートである。図３〜１０は、本実施形態に係る半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【００３０】
本実施形態に係る半導体レーザの製造方法は、例えば、図２に示すように、準備工程Ｓ１０１、半導体領域形成工程Ｓ１０３、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５、半導体領域除去工程Ｓ１０７、判定工程Ｓ１０９及び半導体レーザ製造工程Ｓ１１１をこの順に少なくとも備えており、基板再生工程Ｓ１１３を任意に備えている。
【００３１】
（準備工程Ｓ１０１）
準備工程Ｓ１０１では、半導体基板５を準備した後、成長炉内の基板載置領域に例えば表面５ａが略水平となるように半導体基板５を載置する。本実施形態では、従来のように、基板載置領域に複数の半導体基板を配置して、半導体レーザ１を製造するためのウエハとドーパント濃度を測定するためのダミーウエハとを作製する必要はなく、単一の半導体基板を基板載置領域に配置すればよい。
【００３２】
（半導体領域形成工程Ｓ１０３）
半導体領域形成工程Ｓ１０３では、図３に示すように、例えば有機金属気相成長法によって、半導体領域（第１半導体領域）８０、中間層（第２半導体領域）９０、半導体領域（第３半導体領域）１００をこの順に半導体基板５の表面５ａ上に表面５ａの法線方向にエピタキシャル成長させて積層体２００を得る。半導体領域形成工程Ｓ１０３では、半導体基板５上の各領域を同一の成長炉内において一連の成膜工程で連続して成長させることが好ましい。
【００３３】
半導体領域８０は、半導体レーザ製造工程Ｓ１１１において半導体レーザ１を製造するための領域である。半導体領域８０は、下部クラッド層１１と、下部ＳＣＨ層１３と、活性層１５と、上部ＳＣＨ層１７を形成するための半導体層１７ａと、上部クラッド層１９を形成するための半導体層１９ａと、コンタクト層２１を形成するための半導体層２１ａとが半導体基板５の表面５ａ上にこの順に積層されて形成されている。半導体層１７ａ及び上部ＳＣＨ層１７、半導体層１９ａ及び上部クラッド層１９、半導体層２１ａ及びコンタクト層２１は、それぞれ互いに同じ組成（母体材料や当該母体材料にドープされるドーパントの種類、ドーパント濃度）及び厚さを有している。
【００３４】
中間層９０は、後述する半導体層１１１と同じ母体材料からなることが好ましく、例えばＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。この場合、半導体領域除去工程Ｓ１０７において中間層９０及び半導体層１１１を同時に除去することが可能であり半導体領域を効率よく除去することができる。
【００３５】
中間層９０は、半導体領域除去工程Ｓ１０７において半導体領域１００及び中間層９０が除去される前に半導体領域８０が露出することを抑制するために充分な厚さを有している。中間層９０の厚さは、例えば、半導体層１９ａ及び後述する半導体層１１９ａの厚さの３倍以上であることが好ましい。この場合、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において後述する分析痕１３２が半導体領域８０に形成されることが更に抑制されると共に、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５を行って中間層９０が露出した場合であっても、半導体領域除去工程Ｓ１０７において中間層９０が除去されて半導体領域８０が露出し、その後の工程において半導体領域８０がエッチングされることを充分に抑制することができる。中間層９０の厚さは、１５００〜２０００ｎｍが好ましく、１７００〜１８００ｎｍがより好ましい。
【００３６】
半導体領域１００は、半導体層１１１、半導体層１１３、半導体層１１５、半導体層１１７ａ、半導体層１１９ａ及び半導体層１２１ａが中間層９０上にこの順に積層されて形成されている。半導体領域１００は、半導体レーザ１を製造するための分析領域であり、半導体領域８０の構成層のドーパント濃度の制御精度を評価するための領域である。半導体領域１００は、半導体領域８０と実質的に同じ層構成（各構成層の組成及び厚さ）を有していることが好ましく、下部クラッド層１１及び半導体層１１１、下部ＳＣＨ層１３及び半導体層１１３、活性層１５及び半導体層１１５、半導体層１７ａ及び半導体層１１７ａ、半導体層１９ａ及び半導体層１１９ａ、半導体層２１ａ及び半導体層１２１ａのそれぞれは、互いに実質的に同じ成長条件（ガス種、ガス流量、成長時間、成長温度等）で成長され、実質的に同じ組成及び厚さを有している。また、例えば、半導体層１１１及び半導体層１１９ａは互いに同じ母体材料からなり、半導体層１１３及び半導体層１１７ａは互いに同じ母体材料からなる。
【００３７】
ここで、半導体領域８０のいずれかの評価対象層のドーパント濃度の制御精度を把握するためには、評価対象層と実質的に同じ成長条件で成長させた測定対象層のみを中間層９０上に形成し、当該測定対象層のドーパント濃度を測定することが考えられる。しかしながら、この場合、測定対象層と評価対象層とでは、半導体領域１００のその他の構成層の有無の点で積層状態が異なるため、測定対象層と評価対象層とを実質的に同じ成長条件で成長させたとしても、両層のドーパント濃度は互いに相違する場合がある。そのため、本実施形態の半導体領域１００は、半導体領域８０と実質的に同じ層構成を有していることが好ましい。
【００３８】
（ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５）
ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５では、半導体領域１００を構成するそれぞれの構成層（半導体層）のドーパント濃度を測定することが好ましい。ドーパント濃度は、例えば破壊分析である二次イオン質量分析により測定することができる。ドーパント濃度として、例えばｎ型ドーパント濃度及びｐ型ドーパント濃度を測定することができる。
【００３９】
ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５においてドーパント濃度を二次イオン質量分析により測定する場合、図４に示すように、測定対象領域にイオンビームＢを照射し測定対象領域から二次イオンＩを放出させる。そして、放出された二次イオンＩを検出器１３０で検出することにより、測定対象領域の含有成分及びその含有量を測定することができる。この場合、測定対象領域には、イオンビームＢにより掘削されて半導体領域１００の厚さ方向に沿って例えば凹状の分析痕１３２が形成される。測定対象領域は、半導体領域８０における半導体レーザ１を製造するための素子形成領域上に位置しており、例えばメサ部２５が形成されるための領域上に位置している。
【００４０】
ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５では、半導体領域１００の厚さ方向に沿って半導体領域１００の構成層のドーパント濃度を測定する。ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５では、分析痕１３２が半導体領域１００を貫通して中間層９０に達するまで測定を行って半導体領域１００のそれぞれの構成層のドーパント濃度を測定することが好ましい。この場合、半導体領域８０が露出して半導体領域除去工程Ｓ１０７において半導体領域８０がエッチングされることを充分に抑制する観点から、分析痕１３２の底部として中間層９０に形成される凹部９０ａの深さＤは、中間層９０の厚さの１／３以下であることが好ましく、すなわち凹部９０ａの底面と半導体層２１ａの表面との間隔が中間層９０の厚さの２／３以上であることが好ましい。
【００４１】
（半導体領域除去工程Ｓ１０７）
半導体領域除去工程Ｓ１０７では、まず、図５に示すように、中間層９０、半導体層１１１及び半導体層１１９ａをエッチングすることなく、例えばウェットエッチングによって半導体層１２１ａを選択的に除去する。このウェットエッチングの際に用いるエッチング液としては、例えばリン酸、過酸化水素及び水の混合液を挙げることができる。これにより、半導体層１１９ａの表面を露出させる。本実施形態では、中間層９０を設けることにより、半導体領域８０がエッチングされることを抑制することができる。なお、このようなエッチング液を使用することで半導体層１１３、半導体層１１５及び半導体層１１７ａにおける分析痕１３２に露出した部分の一部が除去されるが、半導体層１１３、半導体層１１５及び半導体層１１７ａは完全には除去されない。
【００４２】
次に、図６に示すように、半導体層１１３、半導体層１１５及び半導体層１１７ａをエッチングすることなく、例えばウェットエッチングによって半導体層１１９ａを選択的に除去する。このウェットエッチングの際に用いるエッチング液としては、例えば塩酸及び水の混合液を挙げることができる。これにより、半導体層１１７ａの表面を露出させる。このようなエッチング液を使用することで中間層９０及び半導体層１１１における分析痕１３２に露出した部分の一部が除去されるが、中間層９０及び半導体層１１１が完全に除去されることはなく、半導体領域８０が露出しないようにエッチング条件が調整される。
【００４３】
続いて、図７に示すように、中間層９０及び半導体層１１１をエッチングすることなく、例えばウェットエッチングによって半導体層１１３、半導体層１１５及び半導体層１１７ａを選択的に除去する。このウェットエッチングの際に用いるエッチング液としては、例えばリン酸、過酸化水素及び水の混合液を挙げることができる。これにより、半導体層１１１の表面を露出させる。
【００４４】
次に、図８（ａ）に示すように、半導体領域８０をエッチングすることなく、例えばウェットエッチングによって中間層９０及び半導体層１１１を選択的に除去する。このウェットエッチングの際に用いるエッチング液としては、例えば塩酸及び水の混合液を挙げることができる。これにより、半導体領域８０の表面を露出させる。以上により、半導体基板５上に半導体領域８０が積層された構造を有する積層体３００が得られる。
【００４５】
（判定工程Ｓ１０９）
判定工程Ｓ１０９では、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において得られたドーパント濃度の測定結果に基づき、半導体領域８０を用いて半導体レーザ１を製造することの要否を判定する。具体的には、ドーパント濃度の測定結果が所望のドーパント濃度、例えばドーパント濃度の設計値を満足するか否かを評価して半導体レーザ１を製造することの要否を判定する。
【００４６】
本実施形態では、半導体領域８０及び半導体領域１００が同一の半導体基板５上において、表面５ａの法線方向（半導体基板５の厚さ方向）で同じ位置に形成されていることから、半導体領域８０及び半導体領域１００のドーパント濃度が成長炉内における組成の面内分布に依存することが抑制されるため、半導体領域８０及び半導体領域１００のドーパント濃度を同じ濃度に調整し易い。そのため、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において設計値を満足するドーパント濃度が得られる場合には、半導体領域１００と同一基板上に形成された半導体領域８０のドーパント濃度も設計値を満足することが予想される。そのため、このような半導体領域８０を用いて半導体レーザ１を製造することにより、ドーパント濃度が高精度に制御された半導体領域を有する半導体レーザ１を得ることができる。したがって、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において設計値を満足するドーパント濃度が得られる場合には、半導体領域８０を用いて半導体レーザ１を製造することを要すると判定工程Ｓ１０９において判定され、判定工程Ｓ１０９の後に半導体レーザ製造工程Ｓ１１１が行われる。
【００４７】
一方、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において設計値を満足するドーパント濃度が得られない場合には、半導体領域８０のドーパント濃度についても設計値を満足していないことが予想される。そのため、このような半導体領域８０を用いて半導体レーザ１を製造したとしても、ドーパント濃度が高精度に制御された半導体領域を有する半導体レーザを得ることはできないと予想される。したがって、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において設計値を満足するドーパント濃度が得られない場合には、半導体領域８０を用いて半導体レーザ１を製造することが不要であると判定工程Ｓ１０９において判定され、判定工程Ｓ１０９の後に基板再生工程Ｓ１１３が行われる。
【００４８】
（半導体レーザ製造工程Ｓ１１１）
半導体レーザ製造工程Ｓ１１１では、判定工程Ｓ１０９において半導体レーザ１の製造を要すると判定された半導体領域８０を用いて半導体レーザ１を製造する。
【００４９】
半導体レーザ製造工程Ｓ１１１では、まず、例えばＣＶＤ法によって、エッチングマスクとなる絶縁層を半導体層２１ａ上の全面に形成する。絶縁層は、絶縁性シリコン化合物からなり、例えばＳｉＯ２膜である。次に、絶縁層上の全面にレジスト膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いてこのレジスト膜を露光・現像することにより、所望のパターン（例えば半導体レーザ１の光導波方向となる方向に延びるパターン）を有するレジスト膜を形成する。続いて、レジスト膜を介して絶縁層に対しドライエッチングを施すことにより、図８（ｂ）に示すように、半導体層２１ａの一部を覆うマスク層１３４をエッチングマスクとして形成する。ドライエッチングのエッチングガスとしては、例えばＣＦ４ガスが用いられる。マスク層１３４を形成した後、レジスト膜を除去する。
【００５０】
次に、マスク層１３４を介して半導体層２１ａ、半導体層１９ａ及び半導体層１７ａに対し反応性イオンエッチングを施し、図９（ａ）に示すように、これらの半導体層におけるマスク層１３４から露出した領域を除去する。この際、マスク層１３４から露出した領域では、半導体層２１ａ及び半導体層１９ａは厚さ方向に全て除去されるのに対し、半導体層１７ａは層状部１７Ａが残存し隆起部１７Ｂが形成されるように除去される。これにより、上部ＳＣＨ層１７の隆起部１７Ｂと、上部クラッド層１９と、コンタクト層２１とから構成されるメサ部２５が形成される。反応性イオンエッチングのエッチングガスとしては、例えばＣＨ４及びＨ２の混合ガスが用いられる。
【００５１】
続いて、バッファードフッ酸を用いたウェットエッチングにより、マスク層１３４を除去する。さらに、図９（ｂ）に示すように、層状部１７Ａ上におけるメサ部２５の側面側の領域をポリイミド等の絶縁層３０で埋め込む。
【００５２】
次に、半導体領域２０の表面２０ｓ（メサ部２５の頂面）上に上部電極４０を形成すると共に、半導体基板５の裏面５ｂに下部電極５０を形成することにより、図１に示す半導体レーザ１が得られる。
【００５３】
（基板再生工程Ｓ１１３）
基板再生工程Ｓ１１３では、判定工程Ｓ１０９において半導体レーザ１の製造が不要であると判定された半導体領域８０を除去して半導体基板５を再生する。基板再生工程Ｓ１１３では、半導体領域除去工程Ｓ１０７で得られた積層体３００（図１０（ａ））に対し反応性イオンエッチングを施すことにより、図１０（ｂ）に示すように、半導体領域８０（半導体層２１ａ、半導体層１９ａ、半導体層１７ａ、活性層１５、下部ＳＣＨ層１３、下部クラッド層１１）を除去して半導体基板５を再生する。エッチングガスとしては、例えばＣＨ４及びＨ２の混合ガスが用いられる。
【００５４】
基板再生工程Ｓ１１３の後、半導体領域形成工程Ｓ１０３を再度行い、積層体２００と同様の構成を有する積層体を半導体基板５上に形成し、当該積層体を用いてドーパント濃度測定工程Ｓ１０５、半導体領域除去工程Ｓ１０７及び判定工程Ｓ１０９を行う。ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において設計値を満足するドーパント濃度が得られる場合には、半導体レーザ製造工程Ｓ１１１を行い、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において設計値を満足するドーパント濃度が得られない場合には、基板再生工程Ｓ１１３を再度行う。
【００５５】
本実施形態では、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において設計値を満足するドーパント濃度が得られ、判定工程Ｓ１０９において半導体レーザ１の製造を要すると判定される半導体領域８０が得られるまで、半導体領域形成工程Ｓ１０３、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５、半導体領域除去工程Ｓ１０７及び判定工程Ｓ１０９を繰り返し行うことができる。この場合、半導体領域８０を用いた半導体レーザ１の製造が不要であると判定工程Ｓ１０９において判定された場合であっても、半導体基板５を破棄することなく半導体基板５を再生することで、同一の半導体基板５で半導体レーザ１を作製することができる。
【００５６】
本実施形態に係る半導体レーザ１の製造方法では、半導体レーザ１を製造するための半導体領域８０と、中間層９０と、半導体レーザ１を製造するための半導体領域１００とをこの順に半導体基板５上に形成しており、半導体領域１００が半導体領域８０上に形成される。これにより、半導体領域８０及び半導体領域１００を同一の半導体基板５上に一連の成膜工程にて連続して形成できると共に、半導体領域８０及び半導体領域１００のドーパント濃度が成長炉内における組成の面内分布に依存することが抑制されるため、半導体領域８０及び半導体領域１００のドーパント濃度を同じ濃度に調整し易くなる。その結果、半導体領域１００のドーパント濃度に基づき半導体領域８０のドーパント濃度の制御精度を把握し易くなる。そのため、本実施形態では、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において、半導体レーザ１を製造するために半導体領域１００のドーパント濃度を測定し、判定工程Ｓ１０９において、半導体領域８０を用いて半導体レーザ１を製造することの要否をドーパント濃度の測定結果に基づき判定することにより、所望のドーパント濃度を有する半導体領域８０を用いて半導体レーザ１を作製することができる。また、本実施形態では、中間層９０を半導体領域８０及び半導体領域１００の間に介在させることにより、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において分析痕１３２が半導体領域８０に形成されることが抑制し易くなると共に、半導体領域除去工程Ｓ１０７において半導体領域１００に加えて半導体領域８０が除去されることを抑制し易いため、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５及び半導体領域除去工程Ｓ１０７を行う際に半導体領域８０のドーパント濃度が変動することを抑制することができる。以上により、本実施形態によれば、ドーパント濃度が高精度に制御された半導体領域（半導体領域１０及び半導体領域２０）を有する半導体レーザ１を得ることができる。
【００５７】
本発明は上述の実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。例えば、上述の実施形態では、半導体領域除去工程Ｓ１０７の後に判定工程Ｓ１０９を行っているが、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５及び半導体領域除去工程Ｓ１０７の間に判定工程Ｓ１０９を行ってもよい。この際、判定工程Ｓ１０９において半導体領域８０を用いた半導体レーザ１の製造が不要であると判定された場合、半導体領域除去工程Ｓ１０７においてウェットエッチングにより中間層９０及び半導体領域１００を除去した後、基板再生工程Ｓ１１３において反応性イオンエッチングにより半導体領域８０を除去してもよい。
【００５８】
上述の実施形態では、判定工程Ｓ１０９において半導体領域８０を用いた半導体レーザ１の製造が不要であると判定された場合に基板再生工程Ｓ１１３を行っているが、半導体基板５を再生することなく、別の半導体基板５を用いてもよい。この場合、判定工程Ｓ１０９において半導体レーザ１の製造を要すると判定される半導体領域８０が得られるまで、半導体基板５を取り替えることができる。
【００５９】
上述の実施形態では、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において、一つの測定対象領域を用いて半導体領域１００のドーパント濃度を測定しているが、複数個所を測定対象領域として半導体領域１００のドーパント濃度のプロファイルを測定し、当該プロファイルに基づき、半導体領域８０を用いて半導体レーザ１を製造することの要否を判定してもよい。
【００６０】
なお、半導体レーザ１や積層体２００の層構成は上記に限られるものではなく、例えば、上述の実施形態とは逆の導電型を各半導体層が有していてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１…半導体レーザ、５…半導体基板、８０…半導体領域（第１半導体領域）、９０…中間層（第２半導体領域）、１００…半導体領域（第３半導体領域）、Ｓ１０３…半導体領域形成工程、Ｓ１０５…ドーパント濃度測定工程、Ｓ１０７…半導体領域除去工程、Ｓ１０９…判定工程、Ｓ１１１…半導体レーザ製造工程、Ｓ１１３…基板再生工程。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、Ｚｎをドーパントとして含有する半導体領域を備えた半導体レーザが記載されている。このような半導体レーザのレーザ特性（素子寿命、しきい値電流等）は、半導体レーザを構成する半導体領域のドーパント濃度に依存している。そのため、設計値通りのレーザ特性を得るためには、半導体レーザを構成する半導体領域のドーパント濃度を精確に把握する必要がある。特許文献１には、半導体領域のドーパント濃度を二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により測定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−６８５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ法）等により半導体基板上に半導体領域を結晶成長させた後、二次イオン質量分析等の破壊分析により半導体領域のドーパント濃度を測定した場合には、半導体領域に測定痕が残存してしまい、当該半導体領域を用いてウエハプロセス（メサ部形成や電極形成等）を行って半導体レーザを作製すると、設計値通りのレーザ特性を得ることができない。同様に、半導体基板上に半導体領域を結晶成長させ、ウエハプロセスを行って半導体レーザを作製した後、破壊分析により半導体領域のドーパント濃度を測定した場合には、半導体レーザの半導体領域に測定痕が残存してしまい、設計値通りのレーザ特性を得ることができない。
【０００５】
一方、破壊分析によりドーパント濃度を測定する場合、同一成長条件で半導体領域を複数の半導体基板上に成長させて積層体を複数作製し、一の積層体をダミーウエハとしてドーパント濃度の測定に用い、他の積層体を半導体レーザの製造に用いることが考えられる。例えば、一の半導体基板上に半導体領域を成長させて、半導体レーザを製造するための積層体を作製した後、半導体基板を取り替えて、同一成長条件で他の半導体基板上に半導体領域を成長させて、ダミーウエハとするための積層体を作製することが考えられる。しかしながら、この場合、積層体は互いに異なる半導体基板上に作製される上、同一成長条件で半導体領域を成長させているものの半導体基板の取り替えに際して成長炉内の内部環境が変化するため、半導体領域毎にドーパント濃度が異なり易い。
【０００６】
また、成膜装置の成長炉（チャンバ）内の基板載置領域上に複数の半導体基板を配置し、それぞれの半導体基板上に同一成長条件で同時に半導体領域を成長させて複数の積層体を作製することが考えられる。しかしながら、この場合、同一成長条件で同時に複数の積層体を作製しているものの、積層体は互いに異なる半導体基板上に作製される上、成長炉内における基板載置領域には組成や膜厚の面内分布がある、すなわち、得られる半導体領域の組成や膜厚が成長炉内における半導体基板の配置位置毎に異なり易いため、半導体領域毎にドーパント濃度が異なり易い。
【０００７】
したがって、このようなドーパント濃度のばらつきが要因となり、ダミーウエハにおける半導体領域のドーパント濃度を測定したとしても、半導体レーザを製造するための半導体領域のドーパント濃度の制御精度を把握することは困難である。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、ドーパント濃度が高精度に制御された半導体領域を有する半導体レーザを得ることが可能な半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のとおり複数の半導体基板上に同一成長条件で半導体領域を成長させたとしても半導体領域のドーパント濃度がばらつくのに対し、本発明者は、半導体レーザを製造するための半導体領域を半導体基板上に形成した後、当該半導体領域上に、半導体レーザを製造するための別の半導体領域を形成することで、両半導体領域のドーパント濃度を同じ濃度に調整し易くなることを見出した。
【００１０】
本発明に係る半導体レーザの製造方法は、半導体レーザを製造するための第１半導体領域と、第２半導体領域と、上記半導体レーザを製造するための第３半導体領域とをこの順に半導体基板上に形成する半導体領域形成工程と、第３半導体領域のドーパント濃度を測定する測定工程と、測定工程の後、第３半導体領域及び第２半導体領域を除去する除去工程と、第１半導体領域を用いて半導体レーザを製造することの要否をドーパント濃度の測定結果に基づき判定する判定工程と、判定工程において第１半導体領域を用いて半導体レーザの製造を要すると判定された場合、第１半導体領域を用いて半導体レーザを製造する工程と、を備える。
【００１１】
本発明に係る半導体レーザの製造方法では、半導体レーザを製造するための第１半導体領域と、第２半導体領域と、半導体レーザを製造するための第３半導体領域とをこの順に半導体基板上に形成しており、第３半導体領域が第１半導体領域上に形成される。これにより、第１半導体領域及び第３半導体領域が同一半導体基板上に形成されると共に、第１半導体領域及び第３半導体領域のドーパント濃度が成長炉内における組成の面内分布に依存することが抑制されるため、第１半導体領域及び第３半導体領域のドーパント濃度を同じ濃度に調整し易くなる。その結果、第３半導体領域のドーパント濃度に基づき第１半導体領域のドーパント濃度の制御精度を把握し易くなる。そのため、半導体レーザを製造するために第３半導体領域のドーパント濃度を測定し、第１半導体領域を用いて半導体レーザを製造することの要否をドーパント濃度の測定結果に基づき判定することにより、所望のドーパント濃度を有する第１半導体領域を用いて半導体レーザを作製することができる。また、本発明に係る半導体レーザの製造方法では、第２半導体領域を形成することにより、測定工程や除去工程を行う際に第１半導体領域のドーパント濃度が変動することを抑制することができる。以上により、本発明に係る半導体レーザの製造方法によれば、ドーパント濃度が高精度に制御された半導体領域を有する半導体レーザを得ることができる。
【００１２】
本発明に係る半導体レーザの製造方法では、測定工程においてドーパント濃度を二次イオン質量分析により測定してもよい。
【００１３】
本発明に係る半導体レーザの製造方法では、測定工程において第３半導体領域を構成するそれぞれの半導体層のドーパント濃度を測定することが好ましい。この場合、ドーパント濃度が更に高精度に制御された半導体領域を有する半導体レーザを得ることができる。
【００１４】
本発明に係る半導体レーザの製造方法では、判定工程において第１半導体領域を用いて半導体レーザの製造が不要であると判定された場合、除去工程の後に第１半導体領域を除去して半導体基板を再生する再生工程を更に備え、判定工程において半導体レーザの製造を要すると判定される第１半導体領域が得られるまで、再生工程で再生された半導体基板を用いて半導体領域形成工程、測定工程、除去工程及び判定工程を行ってもよい。この場合、判定工程において半導体レーザの製造が不要であると判定された場合であっても、半導体基板を破棄することなく半導体基板を再生することで、同一の半導体基板で半導体レーザを作製することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ドーパント濃度が従来に比して高精度に制御された半導体領域を有する半導体レーザを得ることが可能な半導体レーザの製造方法を提供することができる。本発明によれば、特に、破壊分析を用いてドーパント濃度を測定する場合であっても、ドーパント濃度が従来に比して高精度に制御された半導体領域を有する半導体レーザを得ることが可能な半導体レーザの製造方法を提供することができる。これらの本発明によれば、設計値通りのレーザ特性を有する半導体レーザを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法によって製造される半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法の主要な工程を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る半導体レーザの製造方法によって製造される半導体レーザを模式的に示す断面図である。図１に示すように、半導体レーザ１は、第１導電型（例えばｎ型）の半導体基板５と、第１導電型の半導体領域１０と、活性層１５と、第２導電型（例えばｐ型）の半導体領域２０と、絶縁層３０と、上部電極４０と、下部電極５０とを備えている。
【００１９】
半導体基板５は、例えばＩｎＰ基板等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板であり、例えばＳｉがドープされている。半導体基板５は、互いに対向する表面５ａと裏面５ｂとを有している。
【００２０】
半導体領域１０は、半導体基板５の表面５ａ上に配置されており、一又は複数の半導体層から構成されている。半導体領域１０は、例えば第１導電型の下部クラッド層１１、第１導電型の下部ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）層１３が半導体基板５の表面５ａ上にこの順に積層されて形成されている。
【００２１】
下部クラッド層１１は、例えばＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、例えばＳｉがドープされている。下部クラッド層１１の厚さは、例えば４００ｎｍである。下部ＳＣＨ層１３は、例えばＧａＩｎＡｓＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、例えばＳｉがドープされている。下部ＳＣＨ層１３の厚さは、例えば１５０ｎｍである。
【００２２】
活性層１５は、半導体領域１０上に配置されており、例えばＭＱＷ（多重量子井戸）構造やＳＱＷ（単一量子井戸）構造を有する。活性層１５は、例えば交互に配列されたバリア層１５ａ及び井戸層１５ｂを含むＭＱＷ構造を有しており、バリア層１５ａ及び井戸層１５ｂは、例えばＧａＩｎＡｓＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。バリア層１５ａの厚さは、例えば１０ｎｍであり、井戸層１５ｂの厚さは、例えば５ｎｍである。
【００２３】
半導体領域２０は、活性層１５上に配置されている。半導体領域２０の表面２０ｓ側には、メサ形状を有するメサ部２５が形成されている。メサ部２５の線幅は例えば３μｍである。メサ部２５は、半導体基板５の表面５ａに沿った所定方向に延びており、この所定方向は、半導体レーザ１における光導波方向となる。なお、図１は、この所定方向と直交する方向の切断面を示している。
【００２４】
半導体領域２０は、一又は複数の半導体層から構成されている。半導体領域２０は、例えば第２導電型の上部ＳＣＨ層１７、第２導電型の上部クラッド層１９、第２導電型のコンタクト層２１が活性層１５上にこの順に積層されて形成されている。
【００２５】
上部ＳＣＨ層１７は、半導体基板５の表面５ａ全体を覆うように活性層１５上に形成された層状部１７Ａと、層状部１７Ａ上に形成されると共にメサ部２５の一部を構成する隆起部１７Ｂとから構成されている。上部ＳＣＨ層１７は、例えば下部ＳＣＨ層１３と同じ母体材料（例えばＧａＩｎＡｓＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体）からなり、例えばＺｎがドープされている。層状部１７Ａの厚さは、例えば１００ｎｍであり、隆起部１７Ｂの厚さは、例えば５０ｎｍである。
【００２６】
上部クラッド層１９及びコンタクト層２１は、上部ＳＣＨ層１７の隆起部１７Ｂの主面全体を覆うように隆起部１７Ｂ上に形成されており、隆起部１７Ｂと共にメサ部２５を構成している。上部クラッド層１９は、例えば下部クラッド層１１と同じ母体材料（例えばＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体）からなり、例えばＺｎがドープされている。上部クラッド層１９の厚さは、例えば５００ｎｍである。コンタクト層２１は、例えばＧａＩｎＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、例えばＺｎがドープされている。コンタクト層２１の厚さは、例えば２００ｎｍである。
【００２７】
絶縁層３０は、メサ部２５を除く上部ＳＣＨ層１７上にメサ部２５の側面が埋まるように形成されている。絶縁層３０は、例えばポリイミド膜である。
【００２８】
上部電極４０は、半導体領域２０の表面２０ｓ（メサ部２５の頂面）が覆われるようにメサ部２５の長手方向（半導体レーザ１の光導波方向）に沿って形成されている。下部電極５０は、半導体基板５の裏面５ｂ全体を覆うように形成されている。上部電極４０及び下部電極５０は、例えば金電極である。
【００２９】
次に、図２〜図１０を参照しながら、本実施形態に係る半導体レーザの製造方法について説明する。図２は、本実施形態に係る半導体レーザの製造方法の主要な工程を示すフローチャートである。図３〜１０は、本実施形態に係る半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【００３０】
本実施形態に係る半導体レーザの製造方法は、例えば、図２に示すように、準備工程Ｓ１０１、半導体領域形成工程Ｓ１０３、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５、半導体領域除去工程Ｓ１０７、判定工程Ｓ１０９及び半導体レーザ製造工程Ｓ１１１をこの順に少なくとも備えており、基板再生工程Ｓ１１３を任意に備えている。
【００３１】
（準備工程Ｓ１０１）
準備工程Ｓ１０１では、半導体基板５を準備した後、成長炉内の基板載置領域に例えば表面５ａが略水平となるように半導体基板５を載置する。本実施形態では、従来のように、基板載置領域に複数の半導体基板を配置して、半導体レーザ１を製造するためのウエハとドーパント濃度を測定するためのダミーウエハとを作製する必要はなく、単一の半導体基板を基板載置領域に配置すればよい。
【００３２】
（半導体領域形成工程Ｓ１０３）
半導体領域形成工程Ｓ１０３では、図３に示すように、例えば有機金属気相成長法によって、半導体領域（第１半導体領域）８０、中間層（第２半導体領域）９０、半導体領域（第３半導体領域）１００をこの順に半導体基板５の表面５ａ上に表面５ａの法線方向にエピタキシャル成長させて積層体２００を得る。半導体領域形成工程Ｓ１０３では、半導体基板５上の各領域を同一の成長炉内において一連の成膜工程で連続して成長させることが好ましい。
【００３３】
半導体領域８０は、半導体レーザ製造工程Ｓ１１１において半導体レーザ１を製造するための領域である。半導体領域８０は、下部クラッド層１１と、下部ＳＣＨ層１３と、活性層１５と、上部ＳＣＨ層１７を形成するための半導体層１７ａと、上部クラッド層１９を形成するための半導体層１９ａと、コンタクト層２１を形成するための半導体層２１ａとが半導体基板５の表面５ａ上にこの順に積層されて形成されている。半導体層１７ａ及び上部ＳＣＨ層１７、半導体層１９ａ及び上部クラッド層１９、半導体層２１ａ及びコンタクト層２１は、それぞれ互いに同じ組成（母体材料や当該母体材料にドープされるドーパントの種類、ドーパント濃度）及び厚さを有している。
【００３４】
中間層９０は、後述する半導体層１１１と同じ母体材料からなることが好ましく、例えばＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。この場合、半導体領域除去工程Ｓ１０７において中間層９０及び半導体層１１１を同時に除去することが可能であり半導体領域を効率よく除去することができる。
【００３５】
中間層９０は、半導体領域除去工程Ｓ１０７において半導体領域１００及び中間層９０が除去される前に半導体領域８０が露出することを抑制するために充分な厚さを有している。中間層９０の厚さは、例えば、半導体層１９ａ及び後述する半導体層１１９ａの厚さの３倍以上であることが好ましい。この場合、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において後述する分析痕１３２が半導体領域８０に形成されることが更に抑制されると共に、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５を行って中間層９０が露出した場合であっても、半導体領域除去工程Ｓ１０７において中間層９０が除去されて半導体領域８０が露出し、その後の工程において半導体領域８０がエッチングされることを充分に抑制することができる。中間層９０の厚さは、１５００〜２０００ｎｍが好ましく、１７００〜１８００ｎｍがより好ましい。
【００３６】
半導体領域１００は、半導体層１１１、半導体層１１３、半導体層１１５、半導体層１１７ａ、半導体層１１９ａ及び半導体層１２１ａが中間層９０上にこの順に積層されて形成されている。半導体領域１００は、半導体レーザ１を製造するための分析領域であり、半導体領域８０の構成層のドーパント濃度の制御精度を評価するための領域である。半導体領域１００は、半導体領域８０と実質的に同じ層構成（各構成層の組成及び厚さ）を有していることが好ましく、下部クラッド層１１及び半導体層１１１、下部ＳＣＨ層１３及び半導体層１１３、活性層１５及び半導体層１１５、半導体層１７ａ及び半導体層１１７ａ、半導体層１９ａ及び半導体層１１９ａ、半導体層２１ａ及び半導体層１２１ａのそれぞれは、互いに実質的に同じ成長条件（ガス種、ガス流量、成長時間、成長温度等）で成長され、実質的に同じ組成及び厚さを有している。また、例えば、半導体層１１１及び半導体層１１９ａは互いに同じ母体材料からなり、半導体層１１３及び半導体層１１７ａは互いに同じ母体材料からなる。
【００３７】
ここで、半導体領域８０のいずれかの評価対象層のドーパント濃度の制御精度を把握するためには、評価対象層と実質的に同じ成長条件で成長させた測定対象層のみを中間層９０上に形成し、当該測定対象層のドーパント濃度を測定することが考えられる。しかしながら、この場合、測定対象層と評価対象層とでは、半導体領域１００のその他の構成層の有無の点で積層状態が異なるため、測定対象層と評価対象層とを実質的に同じ成長条件で成長させたとしても、両層のドーパント濃度は互いに相違する場合がある。そのため、本実施形態の半導体領域１００は、半導体領域８０と実質的に同じ層構成を有していることが好ましい。
【００３８】
（ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５）
ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５では、半導体領域１００を構成するそれぞれの構成層（半導体層）のドーパント濃度を測定することが好ましい。ドーパント濃度は、例えば破壊分析である二次イオン質量分析により測定することができる。ドーパント濃度として、例えばｎ型ドーパント濃度及びｐ型ドーパント濃度を測定することができる。
【００３９】
ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５においてドーパント濃度を二次イオン質量分析により測定する場合、図４に示すように、測定対象領域にイオンビームＢを照射し測定対象領域から二次イオンＩを放出させる。そして、放出された二次イオンＩを検出器１３０で検出することにより、測定対象領域の含有成分及びその含有量を測定することができる。この場合、測定対象領域には、イオンビームＢにより掘削されて半導体領域１００の厚さ方向に沿って例えば凹状の分析痕１３２が形成される。測定対象領域は、半導体領域８０における半導体レーザ１を製造するための素子形成領域上に位置しており、例えばメサ部２５が形成されるための領域上に位置している。
【００４０】
ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５では、半導体領域１００の厚さ方向に沿って半導体領域１００の構成層のドーパント濃度を測定する。ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５では、分析痕１３２が半導体領域１００を貫通して中間層９０に達するまで測定を行って半導体領域１００のそれぞれの構成層のドーパント濃度を測定することが好ましい。この場合、半導体領域８０が露出して半導体領域除去工程Ｓ１０７において半導体領域８０がエッチングされることを充分に抑制する観点から、分析痕１３２の底部として中間層９０に形成される凹部９０ａの深さＤは、中間層９０の厚さの１／３以下であることが好ましく、すなわち凹部９０ａの底面と半導体層２１ａの表面との間隔が中間層９０の厚さの２／３以上であることが好ましい。
【００４１】
（半導体領域除去工程Ｓ１０７）
半導体領域除去工程Ｓ１０７では、まず、図５に示すように、中間層９０、半導体層１１１及び半導体層１１９ａをエッチングすることなく、例えばウェットエッチングによって半導体層１２１ａを選択的に除去する。このウェットエッチングの際に用いるエッチング液としては、例えばリン酸、過酸化水素及び水の混合液を挙げることができる。これにより、半導体層１１９ａの表面を露出させる。本実施形態では、中間層９０を設けることにより、半導体領域８０がエッチングされることを抑制することができる。なお、このようなエッチング液を使用することで半導体層１１３、半導体層１１５及び半導体層１１７ａにおける分析痕１３２に露出した部分の一部が除去されるが、半導体層１１３、半導体層１１５及び半導体層１１７ａは完全には除去されない。
【００４２】
次に、図６に示すように、半導体層１１３、半導体層１１５及び半導体層１１７ａをエッチングすることなく、例えばウェットエッチングによって半導体層１１９ａを選択的に除去する。このウェットエッチングの際に用いるエッチング液としては、例えば塩酸及び水の混合液を挙げることができる。これにより、半導体層１１７ａの表面を露出させる。このようなエッチング液を使用することで中間層９０及び半導体層１１１における分析痕１３２に露出した部分の一部が除去されるが、中間層９０及び半導体層１１１が完全に除去されることはなく、半導体領域８０が露出しないようにエッチング条件が調整される。
【００４３】
続いて、図７に示すように、中間層９０及び半導体層１１１をエッチングすることなく、例えばウェットエッチングによって半導体層１１３、半導体層１１５及び半導体層１１７ａを選択的に除去する。このウェットエッチングの際に用いるエッチング液としては、例えばリン酸、過酸化水素及び水の混合液を挙げることができる。これにより、半導体層１１１の表面を露出させる。
【００４４】
次に、図８（ａ）に示すように、半導体領域８０をエッチングすることなく、例えばウェットエッチングによって中間層９０及び半導体層１１１を選択的に除去する。このウェットエッチングの際に用いるエッチング液としては、例えば塩酸及び水の混合液を挙げることができる。これにより、半導体領域８０の表面を露出させる。以上により、半導体基板５上に半導体領域８０が積層された構造を有する積層体３００が得られる。
【００４５】
（判定工程Ｓ１０９）
判定工程Ｓ１０９では、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において得られたドーパント濃度の測定結果に基づき、半導体領域８０を用いて半導体レーザ１を製造することの要否を判定する。具体的には、ドーパント濃度の測定結果が所望のドーパント濃度、例えばドーパント濃度の設計値を満足するか否かを評価して半導体レーザ１を製造することの要否を判定する。
【００４６】
本実施形態では、半導体領域８０及び半導体領域１００が同一の半導体基板５上において、表面５ａの法線方向（半導体基板５の厚さ方向）で同じ位置に形成されていることから、半導体領域８０及び半導体領域１００のドーパント濃度が成長炉内における組成の面内分布に依存することが抑制されるため、半導体領域８０及び半導体領域１００のドーパント濃度を同じ濃度に調整し易い。そのため、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において設計値を満足するドーパント濃度が得られる場合には、半導体領域１００と同一基板上に形成された半導体領域８０のドーパント濃度も設計値を満足することが予想される。そのため、このような半導体領域８０を用いて半導体レーザ１を製造することにより、ドーパント濃度が高精度に制御された半導体領域を有する半導体レーザ１を得ることができる。したがって、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において設計値を満足するドーパント濃度が得られる場合には、半導体領域８０を用いて半導体レーザ１を製造することを要すると判定工程Ｓ１０９において判定され、判定工程Ｓ１０９の後に半導体レーザ製造工程Ｓ１１１が行われる。
【００４７】
一方、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において設計値を満足するドーパント濃度が得られない場合には、半導体領域８０のドーパント濃度についても設計値を満足していないことが予想される。そのため、このような半導体領域８０を用いて半導体レーザ１を製造したとしても、ドーパント濃度が高精度に制御された半導体領域を有する半導体レーザを得ることはできないと予想される。したがって、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において設計値を満足するドーパント濃度が得られない場合には、半導体領域８０を用いて半導体レーザ１を製造することが不要であると判定工程Ｓ１０９において判定され、判定工程Ｓ１０９の後に基板再生工程Ｓ１１３が行われる。
【００４８】
（半導体レーザ製造工程Ｓ１１１）
半導体レーザ製造工程Ｓ１１１では、判定工程Ｓ１０９において半導体レーザ１の製造を要すると判定された半導体領域８０を用いて半導体レーザ１を製造する。
【００４９】
半導体レーザ製造工程Ｓ１１１では、まず、例えばＣＶＤ法によって、エッチングマスクとなる絶縁層を半導体層２１ａ上の全面に形成する。絶縁層は、絶縁性シリコン化合物からなり、例えばＳｉＯ２膜である。次に、絶縁層上の全面にレジスト膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いてこのレジスト膜を露光・現像することにより、所望のパターン（例えば半導体レーザ１の光導波方向となる方向に延びるパターン）を有するレジスト膜を形成する。続いて、レジスト膜を介して絶縁層に対しドライエッチングを施すことにより、図８（ｂ）に示すように、半導体層２１ａの一部を覆うマスク層１３４をエッチングマスクとして形成する。ドライエッチングのエッチングガスとしては、例えばＣＦ４ガスが用いられる。マスク層１３４を形成した後、レジスト膜を除去する。
【００５０】
次に、マスク層１３４を介して半導体層２１ａ、半導体層１９ａ及び半導体層１７ａに対し反応性イオンエッチングを施し、図９（ａ）に示すように、これらの半導体層におけるマスク層１３４から露出した領域を除去する。この際、マスク層１３４から露出した領域では、半導体層２１ａ及び半導体層１９ａは厚さ方向に全て除去されるのに対し、半導体層１７ａは層状部１７Ａが残存し隆起部１７Ｂが形成されるように除去される。これにより、上部ＳＣＨ層１７の隆起部１７Ｂと、上部クラッド層１９と、コンタクト層２１とから構成されるメサ部２５が形成される。反応性イオンエッチングのエッチングガスとしては、例えばＣＨ４及びＨ２の混合ガスが用いられる。
【００５１】
続いて、バッファードフッ酸を用いたウェットエッチングにより、マスク層１３４を除去する。さらに、図９（ｂ）に示すように、層状部１７Ａ上におけるメサ部２５の側面側の領域をポリイミド等の絶縁層３０で埋め込む。
【００５２】
次に、半導体領域２０の表面２０ｓ（メサ部２５の頂面）上に上部電極４０を形成すると共に、半導体基板５の裏面５ｂに下部電極５０を形成することにより、図１に示す半導体レーザ１が得られる。
【００５３】
（基板再生工程Ｓ１１３）
基板再生工程Ｓ１１３では、判定工程Ｓ１０９において半導体レーザ１の製造が不要であると判定された半導体領域８０を除去して半導体基板５を再生する。基板再生工程Ｓ１１３では、半導体領域除去工程Ｓ１０７で得られた積層体３００（図１０（ａ））に対し反応性イオンエッチングを施すことにより、図１０（ｂ）に示すように、半導体領域８０（半導体層２１ａ、半導体層１９ａ、半導体層１７ａ、活性層１５、下部ＳＣＨ層１３、下部クラッド層１１）を除去して半導体基板５を再生する。エッチングガスとしては、例えばＣＨ４及びＨ２の混合ガスが用いられる。
【００５４】
基板再生工程Ｓ１１３の後、半導体領域形成工程Ｓ１０３を再度行い、積層体２００と同様の構成を有する積層体を半導体基板５上に形成し、当該積層体を用いてドーパント濃度測定工程Ｓ１０５、半導体領域除去工程Ｓ１０７及び判定工程Ｓ１０９を行う。ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において設計値を満足するドーパント濃度が得られる場合には、半導体レーザ製造工程Ｓ１１１を行い、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において設計値を満足するドーパント濃度が得られない場合には、基板再生工程Ｓ１１３を再度行う。
【００５５】
本実施形態では、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において設計値を満足するドーパント濃度が得られ、判定工程Ｓ１０９において半導体レーザ１の製造を要すると判定される半導体領域８０が得られるまで、半導体領域形成工程Ｓ１０３、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５、半導体領域除去工程Ｓ１０７及び判定工程Ｓ１０９を繰り返し行うことができる。この場合、半導体領域８０を用いた半導体レーザ１の製造が不要であると判定工程Ｓ１０９において判定された場合であっても、半導体基板５を破棄することなく半導体基板５を再生することで、同一の半導体基板５で半導体レーザ１を作製することができる。
【００５６】
本実施形態に係る半導体レーザ１の製造方法では、半導体レーザ１を製造するための半導体領域８０と、中間層９０と、半導体レーザ１を製造するための半導体領域１００とをこの順に半導体基板５上に形成しており、半導体領域１００が半導体領域８０上に形成される。これにより、半導体領域８０及び半導体領域１００を同一の半導体基板５上に一連の成膜工程にて連続して形成できると共に、半導体領域８０及び半導体領域１００のドーパント濃度が成長炉内における組成の面内分布に依存することが抑制されるため、半導体領域８０及び半導体領域１００のドーパント濃度を同じ濃度に調整し易くなる。その結果、半導体領域１００のドーパント濃度に基づき半導体領域８０のドーパント濃度の制御精度を把握し易くなる。そのため、本実施形態では、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において、半導体レーザ１を製造するために半導体領域１００のドーパント濃度を測定し、判定工程Ｓ１０９において、半導体領域８０を用いて半導体レーザ１を製造することの要否をドーパント濃度の測定結果に基づき判定することにより、所望のドーパント濃度を有する半導体領域８０を用いて半導体レーザ１を作製することができる。また、本実施形態では、中間層９０を半導体領域８０及び半導体領域１００の間に介在させることにより、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において分析痕１３２が半導体領域８０に形成されることが抑制し易くなると共に、半導体領域除去工程Ｓ１０７において半導体領域１００に加えて半導体領域８０が除去されることを抑制し易いため、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５及び半導体領域除去工程Ｓ１０７を行う際に半導体領域８０のドーパント濃度が変動することを抑制することができる。以上により、本実施形態によれば、ドーパント濃度が高精度に制御された半導体領域（半導体領域１０及び半導体領域２０）を有する半導体レーザ１を得ることができる。
【００５７】
本発明は上述の実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。例えば、上述の実施形態では、半導体領域除去工程Ｓ１０７の後に判定工程Ｓ１０９を行っているが、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５及び半導体領域除去工程Ｓ１０７の間に判定工程Ｓ１０９を行ってもよい。この際、判定工程Ｓ１０９において半導体領域８０を用いた半導体レーザ１の製造が不要であると判定された場合、半導体領域除去工程Ｓ１０７においてウェットエッチングにより中間層９０及び半導体領域１００を除去した後、基板再生工程Ｓ１１３において反応性イオンエッチングにより半導体領域８０を除去してもよい。
【００５８】
上述の実施形態では、判定工程Ｓ１０９において半導体領域８０を用いた半導体レーザ１の製造が不要であると判定された場合に基板再生工程Ｓ１１３を行っているが、半導体基板５を再生することなく、別の半導体基板５を用いてもよい。この場合、判定工程Ｓ１０９において半導体レーザ１の製造を要すると判定される半導体領域８０が得られるまで、半導体基板５を取り替えることができる。
【００５９】
上述の実施形態では、ドーパント濃度測定工程Ｓ１０５において、一つの測定対象領域を用いて半導体領域１００のドーパント濃度を測定しているが、複数個所を測定対象領域として半導体領域１００のドーパント濃度のプロファイルを測定し、当該プロファイルに基づき、半導体領域８０を用いて半導体レーザ１を製造することの要否を判定してもよい。
【００６０】
なお、半導体レーザ１や積層体２００の層構成は上記に限られるものではなく、例えば、上述の実施形態とは逆の導電型を各半導体層が有していてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１…半導体レーザ、５…半導体基板、８０…半導体領域（第１半導体領域）、９０…中間層（第２半導体領域）、１００…半導体領域（第３半導体領域）、Ｓ１０３…半導体領域形成工程、Ｓ１０５…ドーパント濃度測定工程、Ｓ１０７…半導体領域除去工程、Ｓ１０９…判定工程、Ｓ１１１…半導体レーザ製造工程、Ｓ１１３…基板再生工程。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザを製造するための第１半導体領域と、第２半導体領域と、前記半導体レーザを製造するための第３半導体領域とをこの順に半導体基板上に形成する半導体領域形成工程と、
前記第３半導体領域のドーパント濃度を測定する測定工程と、
前記測定工程の後、前記第３半導体領域及び前記第２半導体領域を除去する除去工程と、
前記第１半導体領域を用いて前記半導体レーザを製造することの要否を前記ドーパント濃度の測定結果に基づき判定する判定工程と、
前記判定工程において前記第１半導体領域を用いて前記半導体レーザの製造を要すると判定された場合、前記第１半導体領域を用いて前記半導体レーザを製造する工程と、を備える、半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
前記測定工程において前記ドーパント濃度を二次イオン質量分析により測定する、請求項１に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項３】
前記測定工程において前記第３半導体領域を構成するそれぞれの半導体層の前記ドーパント濃度を測定する、請求項１又は２に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項４】
前記判定工程において前記第１半導体領域を用いて前記半導体レーザの製造が不要であると判定された場合、前記除去工程の後に前記第１半導体領域を除去して前記半導体基板を再生する再生工程を更に備え、
前記判定工程において前記半導体レーザの製造を要すると判定される前記第１半導体領域が得られるまで、前記再生工程で再生された前記半導体基板を用いて前記半導体領域形成工程、前記測定工程、前記除去工程及び前記判定工程を行う、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１】
半導体レーザを製造するための第１半導体領域と、第２半導体領域と、前記半導体レーザを製造するための第３半導体領域とをこの順に半導体基板上に形成する半導体領域形成工程と、
前記第３半導体領域のドーパント濃度を測定する測定工程と、
前記測定工程の後、前記第３半導体領域及び前記第２半導体領域を除去する除去工程と、
前記第１半導体領域を用いて前記半導体レーザを製造することの要否を前記ドーパント濃度の測定結果に基づき判定する判定工程と、
前記判定工程において前記第１半導体領域を用いて前記半導体レーザの製造を要すると判定された場合、前記第１半導体領域を用いて前記半導体レーザを製造する工程と、を備える、半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
前記測定工程において前記ドーパント濃度を二次イオン質量分析により測定する、請求項１に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項３】
前記測定工程において前記第３半導体領域を構成するそれぞれの半導体層の前記ドーパント濃度を測定する、請求項１又は２に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項４】
前記判定工程において前記第１半導体領域を用いて前記半導体レーザの製造が不要であると判定された場合、前記除去工程の後に前記第１半導体領域を除去して前記半導体基板を再生する再生工程を更に備え、
前記判定工程において前記半導体レーザの製造を要すると判定される前記第１半導体領域が得られるまで、前記再生工程で再生された前記半導体基板を用いて前記半導体領域形成工程、前記測定工程、前記除去工程及び前記判定工程を行う、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１２４３３４（Ｐ２０１２−１２４３３４Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７３９８０（Ｐ２０１０−２７３９８０）
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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