脊型半导体激光器以及脊型半导体激光器的制造方法

摘要

脊型半导体激光器301是在化合物AlGaInAs的活性层14的一侧依次层积化合物AlInAs的载体终止层16、化合物AlGaInAs的包层17、化合物InGaAsP的蚀刻终止层18，在蚀刻终止层18的包层17侧的相反侧设置脊波导40的半导体激光器，该脊波导40包含在化合物InP的层中由化合物InGaAsP形成的衍射光栅20’。

说明书

技术领域

本发明涉及层积多个半导体层的脊型半导体激光器及其制造方法。

背景技术

已知在制造脊型半导体激光器的工序中蚀刻化合物InP的层而形成脊构造时使用蚀刻终止层（例如参见专利文献1）。专利文献1的蚀刻终止层用化合物AlGaInAs形成，在脊形成后暴露于大气，存在由Al的氧化导致结晶品质劣化的风险。

因此，也尝试了将化合物InGaAsP用于蚀刻终止层（例如参见专利文献2）。由于该蚀刻终止层不含Al，即使在脊形成后暴露于大气，也不发生氧化引起的结晶品质的劣化。此外，虽然专利文献2的载体终止层（キヤリアストツパ層）为化合物AlInAs，但是正上方覆盖化合物InGaAsP的蚀刻终止层，在加工过程中不暴露于大气中，不发生Al氧化引起的载体终止层的结晶品质的劣化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2001-144381号公报

专利文献2：特开2002-026453号公报

发明内容

发明要解决的问题

在脊部具有埋入型衍射光栅的分布反馈型激光器（DistributedFeedBack Laser：DFB激光器）的情况下，通过湿蚀刻法形成埋入型衍射光栅时，为了改善选择性蚀刻的再现性，需要防止As混入衍射光栅下的化合物InP的脊形成层中。因此，要求降低脊形成层的生长温度。另一方面，对于化合物AlGaInAs的活性层等含Al的半导体层，为了提高结晶品质，要求生长温度为高温。

因此，在层积了活性层等含Al的半导体层和脊形成层之间的蚀刻终止层后，需要降低生长温度，生长脊形成层。于是，由于蚀刻终止层含有两种V族元素（As和P），为了保护蚀刻终止层的生长表面，需要在AsH₃气体和PH₃气体气氛中降低生长温度的温度降低过程。但是，两种气体的分解效率不同，蚀刻终止层的表面保护困难，存在结晶品质容易劣化的问题。

因此，本发明的目的是提供具有能改善制造中的衍射光栅形成的再现性并且防止蚀刻终止层的结晶品质劣化的构造的脊型半导体激光器以及脊型半导体激光器的制造方法。

用于解决问题的手段

为了达到上述目的，本发明涉及的脊型半导体激光器在活性层等含Al的半导体层和蚀刻终止层之间设置化合物AlGaInAs的包层（クラツド層）。

具体地说，本发明涉及的脊型半导体激光器在AlGaInAs活性层的一侧依次层积AlInAs层、AlGaInAs层、第一InGaAsP层，在所述InGaAsP层的所述AlGaInAs层侧的相反侧设置脊波导，该脊波导包含第一InP层、由第二InGaAsP层形成的衍射光栅、第二InP层。

本发明涉及的脊型半导体激光器的制造方法包括在AlGaInAs活性层的一侧依次层积AlInAs层、AlGaInAs层、第一InGaAsP层、第一InP层、第二InGaAsP层的层积工序，以及蚀刻所述第二InGaAsP层而形成衍射光栅的工序。

通过在活性层等含Al半导体层和作为蚀刻终止层的第一InGaAsP层之间设置AlGaInAs层，可以防止蚀刻终止层的结晶品质的劣化。因此，本发明能够提供具有能改善制造中的衍射光栅形成的再现性并且防止蚀刻终止层的结晶品质劣化的构造的脊型半导体激光器以及脊型半导体激光器的制造方法。

在本发明涉及的脊型半导体激光器的制造方法的所述层积工序中，特征在于使所述第一InGaAsP层的层积温度低于所述AlGaInAs层的层积温度。由于可以在生长AlGaInAs层之后降低生长温度，在作为蚀刻终止层的第一InGaAsP层的层积之后不需要温度降低过程，不需要通过温度降低过程的表面保护。

本发明涉及的脊型半导体激光器的制造方法的特征在于，在所述AlGaInAs层的层积后、所述第一InGaAsP层的层积前，在AsH₃气体气氛中使温度降低。由于化合物AlGaInAs中V族元素为1种（仅有As），为了保护AlGaInAs层的生长表面，可以仅在AsH₃气体的气氛中降低生长温度。即，可以在不考虑气体的分解效率的情况下保护AlGaInAs层的生长表面。

本发明涉及的脊型半导体激光器的制造方法的特征在于，所述第一InGaAsP层的层积温度比所述活性层的层积温度低X℃（30≤X≤70）。

发明效果

本发明能够提供具有能改善制造中衍射光栅形成的再现性并且防止蚀刻终止层的结晶品质劣化的构造的脊型半导体激光器以及脊型半导体激光器的制造方法。

附图说明

图1是说明本发明涉及的脊型半导体激光器的制造方法的图。（1）是第一工序，外延生长工序，（2）是第二工序，衍生光栅形成工序，（3）是第三工序，InP包层和InGaAs接触层生长工序，（4）是第四工序，脊波导形成工序，（5）是第五工序，绝缘膜和电极膜形成工序。

具体实施方式

下面具体地示出实施方案而详细说明本发明，但是本申请的发明不解释为限定于以下记载。需要说明的是，在本说明书和附图中，符号相同的构成要素彼此相同。

图1是说明本实施方案的脊型半导体激光器301的制造工序的框图。本制造工序由第一工序（1）至第五工序（5）构成。此外，将所述的AlInAs层、AlGaInAs层、第一InGaAsP层、第一InP层、第二InGaAsP层分别作为载体终止层16、包层17、蚀刻终止层18、包层19、衍射光栅层20进行说明。需要说明的是，在本说明书中，基板10的包层19侧为上侧。

第一工序（1）为在n型化合物InP的基板10上层积半导体层的层积工序。该层积工序为在化合物AlGaInAs的活性层14的一侧依次层积化合物AlInAs的载体终止层16、化合物AlGaInAs的包层17、化合物InGaAsP的蚀刻终止层18、化合物InP的包层19、化合物InGaAsP的衍射光栅层20、化合物InP的用于形成衍射光栅的掩模层21的工序。

例如，该层积工序用MOCVD法在基板10上依次层积化合物InP的包层11、化合物AlInAs的载体终止层12、化合物AlGaInAs的光学限制层13、化合物AlGaInAs的活性层14、化合物AlGaInAs的光学限制层15、化合物Al InAs的载体终止层16、化合物AlGaInAs的包层17、化合物InGaAsP的蚀刻终止层18、化合物InP的包层19、化合物InGaAsP的衍射光栅层20、化合物InP的用于形成衍射光栅的掩模层21。

此外，从基板10到光学限制层13是n型的，从光学限制层15到用于形成衍射光栅的掩模层21是p型的。需要说明的是，在以下说明中，从包层11到蚀刻终止层18也称为激光器构成层30。

在层积工序中，使蚀刻终止层18的层积温度低于包层17的层积温度。蚀刻终止层18的层积温度优选比活性层14的层积温度低30度至70度。例如，到包层17为止，在730℃下生长，其上的蚀刻终止层18以上的层在680℃下生长。此时，在包层17的层积后、蚀刻终止层18的层积前，在AsH₃气体气氛中使温度下降。

接着说明第二工序（2）。在第二工序（2）中于衍射光栅层20中形成衍射光栅。加工衍射光栅层20上的用于形成衍射光栅的掩模层21而形成衍射光栅图案（图省略），以其为掩模，通过不蚀刻化合物InP而仅蚀刻化合物InGaAsP的选择性湿蚀刻法形成衍射光栅20’。湿蚀刻液使用硫酸和过氧化氢的水溶液。在本实施方案中，作为用于形成衍射光栅的掩模，使用InP，但是SiO₂或SiN也可以作为掩模材料。

下面说明第三工序（3）。在第三工序（3）中，通过MOCVD法使化合物InP的包层22生长而埋入衍射光栅20’。进一步，在包层22上使化合物InGaAs的接触层23生长。

下面说明第四工序（4）。在第四工序（4）中，形成脊波导40。首先，在形成用于形成脊的掩模图案（SiO₂）、干法蚀刻接触层23之后，湿法蚀刻包层22和包层19。湿法蚀刻使用不蚀刻蚀刻终止层18的盐酸和磷酸的水溶液作为蚀刻液。在该工序中，将不具有用于脊的掩模图案的部分蚀刻至蚀刻终止层18，形成脊波导40。

下面说明第五工序（5）。在第五工序（5）中，在形成脊波导40的一侧形成绝缘膜24，除去脊波导40的上表面的绝缘膜24。进一步形成p电极25以覆盖绝缘膜24和脊波导40的上表面。另一方面，在抛光基板10的下部的一部分后形成n电极26。

经过以上工序完成了脊型半导体激光器301。即，脊型半导体激光器301是在化合物AlGaInAs的活性层14的一侧依次层积化合物Al InAs的载体终止层16、化合物AlGaInAs的包层17、化合物InGaAsP的蚀刻终止层18，在蚀刻终止层18的包层17侧的相反侧设置脊波导40的半导体激光器，所述脊波导40含有在化合物InP的层中由化合物InGaAsP形成的衍射光栅20’。

在脊型半导体激光器301的制造方法中，到载体终止层16为止进行高温生长，也可以在不形成包层17的情况下降低生长温度而形成蚀刻终止层18。由于化合物AlInAs的载体终止层16也具有一种V族元素，温度降低时的表面保护是容易的。

载体终止层16起壁垒的作用，以防止注入活性层14的电子溢流而泄露到包层19和22中。特别是对高温时的电子的溢流的防止有效果。另一方面，对于载体终止层16，为了从p侧将空穴有效注入活性层14，优选使层厚度尽可能薄。载体终止层16的膜厚越薄，越能够改善高速特性。为了使载体终止层16满足所要求的上述要件，要求将化合物AlInAs的结晶品质维持在最佳条件下，优选在载体终止层16上形成包层17、在包层17生长后降低温度，而不是在载体终止层16生长后降温。

符号说明

10：基板

11：包层

12：载体终止层

13：光学限制层

14：活性层

15：光学限制层

16：载体终止层

17：包层

18：蚀刻终止层

19：包层

20：衍射光栅层

20’：衍射光栅

21：用于形成衍射光栅的掩模层

22：包层

23：接触层

24：绝缘膜

25：p电极

26：n电极

30：激光器构成层

40：脊波导

301：脊型半导体激光器