JP2014515563A - 絶縁領域をレーザダイオード構造に形成するリフトオフ処理 - Google Patents

Abstract

レーザダイオード構造を形成する方法が提供され、前記方法では、フォトリソグラフィプロセスを利用して、軸方向に延伸する導波路構造の少なくとも一部を形成することにより、前記フォトリソグラフィプロセスの後に、パターニング済みフォトレジスト残留部を前記軸方向に延伸する導波路構造の上に残留させる。パターニング済み絶縁開口部及びリフトオフフォトレジスト部分を前記パターニング済みフォトレジスト残留部に、前記パターニング済みフォトレジスト残留部に追加のフォトリソグラフィプロセスを施して前記リフトオフフォトレジスト部分を、前記追加のフォトリソグラフィプロセスの後に、前記軸方向に延伸する導波路構造の上に残留させることにより形成する。絶縁層を前記パターニング済み絶縁開口部及び前記リフトオフフォトレジスト部分を覆うように形成する。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１１年５月２７日に出願された米国仮特許出願第６１／４９０，７５３号の優先権の利益を米国特許法第１１９条に基づいて主張するものであり、この仮特許出願の内容は、本明細書で参照することにより、当該出願の内容全体が援用され、そして本明細書に組み込まれる。

本開示は、レーザダイオードの形成に関するものであり、更に広くは、半導体処理のフォトリソグラフィ技術に関するものである。

レーザダイオード及び他の半導体素子の形成プロセスでは、フォトリソグラフィ技術及び関連する処理工程が広く用いられている。これらのフォトリソグラフィ技術は極めて複雑になってしまう。

レーザダイオード及び他の半導体構造を形成する方法が提供され、この方法では、リフトオフ処理を利用して、絶縁層のパターニング済み絶縁領域をレーザダイオードの軸方向に延伸する導波路構造の上に残留させる。結果として得られる新規構成の半導体構造が更に想到される。

本開示の１つの実施形態によれば、レーザダイオード構造を形成する方法が提供され、前記方法では、フォトリソグラフィプロセスを利用して、軸方向に延伸する導波路構造の少なくとも一部を形成することにより、前記フォトリソグラフィプロセスの後に、パターニング済みフォトレジスト残留部を前記軸方向に延伸する導波路構造の上に残留させる。パターニング済み絶縁開口部及びリフトオフフォトレジスト部分を前記パターニング済みフォトレジスト残留部に、前記パターニング済みフォトレジスト残留部に追加のフォトリソグラフィプロセスを施して前記リフトオフフォトレジスト部分を、前記追加のフォトリソグラフィプロセスの後に、前記軸方向に延伸する導波路構造の上に残留させることにより形成する。絶縁層を前記パターニング済み絶縁開口部及び前記リフトオフフォトレジスト部分を覆うように形成する。前記絶縁層及び下地の前記リフトオフフォトレジスト部分にリフトオフプロセスを施して、前記絶縁層のパターニング済み絶縁領域を前記軸方向に延伸する導波路構造の上に残留させる。本開示の考え方を、レーザダイオード構造及びフォトリソグラフィ技術に半導体処理において更に広範に適用する更に別の実施形態が想到される。

本開示の特定の実施形態についての以下の詳細な説明は、同様の構造に同様の参照番号が付されている以下の図面を参照しながら一読することにより最も深く理解される。

本開示のフォトリソグラフィ法に従って形成されるパターニング済み絶縁領域を含む凸状導波路レーザダイオード構造の波長選択部分の模式図である。 凸状導波路レーザダイオード構造に関連する本開示の初期フォトリソグラフィパターニング工程を示している。 凸状導波路レーザダイオード構造に関連する本開示の初期フォトリソグラフィパターニング工程を示している。 図２Ａ及び２Ｂに示す初期フォトリソグラフィパターニング工程の後に凸部を形成する様子を示している。 図２Ａ及び２Ｂに示す初期フォトリソグラフィパターニング工程の後に凸部を形成する様子を示している。 図３Ａ及び３Ｂに示す凸部を形成した後にパターニング済み絶縁開口部及びリフトオフフォトレジスト部分を形成する様子を示している。 図３Ａ及び３Ｂに示す凸部を形成した後にパターニング済み絶縁開口部及びリフトオフフォトレジスト部分を形成する様子を示している。 図４Ａ及び４Ｂに示すパターニング済み絶縁開口部を形成した後に絶縁層を堆積させる様子を示している。 図４Ａ及び４Ｂに示すパターニング済み絶縁開口部を形成した後に絶縁層を堆積させる様子を示している。 図５Ａ及び５Ｂに示す絶縁層を堆積させた後のパターンリフトオフ処理を示している。 図６のパターニング済み絶縁領域の上に制御素子を形成する様子を示している。 図６のパターニング済み絶縁領域の上に制御素子を形成する様子を示している。 図６のパターニング済み絶縁領域の上に制御素子を形成する様子を示している。

本開示の教示によるレーザダイオード及び他の半導体構造を形成する方法について、図１のレーザダイオード構造１００を参照して例示することができれば好都合であり、図１では、レーザダイオード構造１００は、半導体基板１０と、軸方向に延伸する導波路構造２０と、例えば導波路構造２０の短軸方向部分の上を延在する加熱素子３２を備える加熱構造の形態の制御素子３０と、そしてワイヤボンディング用ヒータパッド群３４と、を備える。絶縁層４０は、半導体基板１０の上に、かつ制御素子３０と導波路構造２０との間に配置される。本発明を規定し、そして説明するために、本明細書では、導波路構造２０またはレーザダイオード構造１００の“ａｘｉａｌ（軸方向）”部分という表記が現われる場合、この“ａｘｉａｌ（軸方向）”部分とは、光が当該構造内を伝搬する長手方向を指し、この方向は、図１の図示平面に直交して延びることに留意されたい。

本開示によるフォトリソグラフィプロセスの初期工程は、図２及び２Ｂを参照して例示することができ、この場合、フォトリソグラフィプロセスが、軸方向に延伸する導波路構造２０の少なくとも一部を形成するために利用されることにより、フォトリソグラフィプロセスの後に、パターニング済みフォトレジスト残留部５０が、軸方向に延伸する導波路構造２０の上に残留する。本明細書において開示される内容の他に、フォトリソグラフィ処理、及び当該処理において利用される材料の具体的内容は、主題に関する従来からの教示、またはこれから新たに提案される教示から容易に把握することができ、そして本開示の必須部分を構成しない。

同様に、レーザダイオード構造１００は普通、そして導波路構造２０は特に、本明細書では詳細に説明されない、または図示されないことに留意されたく、その理由は、これらの構造が、多種多様な従来からの形態、及びこれから新たに提案される形態を採ることができ、これらの形態のうちの１つの形態のみが図１に模式的に図示され、そしてこれらの形態の全ては、この技術分野における適切な教示から把握することができるからである。例えば、レーザダイオード構造１００が凸状導波路を備えることができる構成を想到することができる。例えば、図３Ａ及び３Ｂを参照するに、本開示の方法が、パターニング済みフォトレジスト残留部５０と、そして軸方向に延伸する導波路構造２０の少なくとも一部と、を含む凸状導波路を半導体基板１０に形成するエッチング工程を含むことができる構成を想到することができる。図示の実施形態では、パターニング済みフォトレジスト残留部５０は、軸方向に延伸する導波路構造２０全体に亘って残留する。

図４及び５を併せて参照するに、パターニング済み絶縁開口部５２及びリフトオフフォトレジスト部分５４（図５Ａ及び５Ｂ参照）をパターニング済みフォトレジスト残留部５０に、パターニング済みフォトレジスト残留部５０に追加のフォトリソグラフィプロセス（図４Ａ及び４Ｂ参照）を、フォトリソグラフィマスク５６及び対応する露光を利用して施すことにより形成して、パターニング済み絶縁開口部５２及びリフトオフフォトレジスト部分５４の境界を画定する。図５Ａ及び５Ｂに図示されるように、リフトオフフォトレジスト部分５４は、図４Ａ及び４Ｂの追加のフォトリソグラフィプロセスの後に、軸方向に延伸する導波路構造２０の上に残留する。絶縁層４０は、パターニング済み絶縁開口部５２及びリフトオフフォトレジスト部分５４を覆って形成される。

図６を参照するに、絶縁層４０及び下地のリフトオフフォトレジスト部分５４に、引き続きリフトオフプロセスを施して、絶縁層４０のパターニング済み絶縁領域４２を、軸方向に延伸する導波路構造２０の上に残留させる。本開示の１つの実施形態によれば、絶縁層４０は、窒化シリコン、更に具体的にはＳｉ_３Ｎ_４を含み、そしてパターニング済み絶縁開口部５２及びリフトオフフォトレジスト部分５４を覆って、リフトオフフォトレジスト部分５４の硬化ベーク温度を超えない温度、例えば２００℃を超えない温度で形成される。絶縁層４０をこの低い温度で形成すると、本明細書において説明されるリフトオフプロセスの完全性を確保し易くなり、そして素子形成を同じフォトレジスト塗布膜を用いて、複数のマスク工程で行なうことができる。更に詳細には、処理対象の半導体ウェハは、最初の段階では、マスクされ、そして露光されて、図２の軸方向に延伸する導波路の一部を形成する。パターニング済みフォトレジスト残留部が続いて、低温絶縁層を設ける前に、かつ新規のフォトレジストを塗布することなく、図４の追加のフォトリソグラフィプロセスにおいて再度、マスクされ、そして露光される。従って、複数の絶縁層堆積工程または表面損傷エッチング工程は必要ではない。

例えば、酸化シリコン、例えばＳｉＯ_２，ＴｉＯ_２，及びＺｒＯ_２を含む更に別の絶縁層組成物が想到される。これ以外には、従来の半導体リフトオフ処理、及びこれから新たに開発される半導体リフトオフ処理の具体的内容は、本開示の範囲外であり、そしてこの技術分野における適切な教示から把握することができる。

図７Ａ〜７Ｃは、制御素子３０の一部を絶縁層４０のパターニング済み絶縁領域４２の上に形成することができる過程を示しており、当該領域４２は、軸方向に延伸する導波路構造２０の上に残留している。図７Ａ及び７Ｂに示す加熱素子３２及びヒータパッド３４の他に、制御素子３０が別の構成として、レーザダイオード構造１００の一部を制御する制御電極群、または従来からの素子群、またはこれから新たに開発される素子群を含むことができる構成が想到される。レーザダイオード構造自体は、例えばダブルヘテロ構造レーザ、量子井戸レーザ、量子カスケードレーザ、ＤＢＲ（分布ブラッグ反射型）半導体レーザ、ＤＦＢ（分布帰還型）半導体レーザ、または外部キャビティレーザを含む多種多様な方式で構成することができる。

従って、図７Ａ〜７Ｃをまとめて参照するに、レーザダイオード構造が想到され、当該構造は、半導体基板１０と、軸方向に延伸する導波路構造２０と、導波路構造２０の短軸方向部分の上を延在する制御素子３０と、そして絶縁層４０のパターニング済み絶縁領域４２と、を備え、当該領域４２が、軸方向に延伸する導波路構造２０の上に残留する。制御素子３０の少なくとも一部は、絶縁層４０及びパターニング済み絶縁領域４２の上に、軸方向に延伸する導波路構造２０を覆って残留するように形成される。絶縁層４０のパターニング済み絶縁領域４２、及び制御素子３０は、導波路構造２０の上に、導波路構造２０の短軸方向寸法に沿ってほぼ隣接するように残る。

例えば、これに限定されないが、レーザダイオード構造１００がＤＢＲ半導体レーザを備えている場合、パターニング済み絶縁領域４２を調整して、レーザの波長選択ＤＢＲ部分の上に残留させることができる。更に広い意味では、導波路構造２０の短軸方向寸法は、レーザダイオード構造の波長選択部分に対応することができ、そして制御素子は、レーザダイオード構造の波長選択部分の波長選択性を制御するように構成することができる。更にもっと広い意味では、レーザダイオード構造は、複数の機能領域を備えることができ、そしてパターニング済み絶縁領域を、レーザダイオード構造の機能領域群のうちの１つの機能領域の上に形成することにより、レーザダイオードのゲイン部（発光部）を制御素子から電気的に絶縁することができる。別の構成として、当該絶縁領域は、レーザ面の近傍に、レーザダイオードの励起光以外の光を透過させる窓（ｕｎｐｕｍｐｅｄ ｗｉｎｄｏｗ ｓｅｃｔｉｏｎ）として形成することができる。

本発明を記載し、そして定義するために、“ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ（半導体基板）”とは、半導体材料を含む任意の構造を指すことに留意されたい。半導体基板の例として、半導体ウェハまたは他のバルク半導体材料（単独の材料として、または他の材料を含むアセンブリとして）、及び半導体材料層（単独の材料層として、または他の材料を含むアセンブリとして）を挙げることができる。更に、本発明を規定し、そして説明するために、基板、または別の層、或いは別の材料の“ｏｖｅｒ（上に）”形成される層または材料と表現される場合、この表現は、層または材料が、下地の基板または層の表面の上方に、または表面に接触して形成される様子を指し、そして介在層の存在を排除しないことに留意されたい。

本開示の構成要素が特定の様式で“ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ（構成されて）”特定の特性を具体化する、または特定の態様で機能するという記述は、所望の使用法の記述ではなく、構造的な記述であることに留意されたい。更に詳細には、構成要素が“ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ（構成される）” ときの態様を指す表現は、当該構成要素の存続している物理的状態を指しているのであり、従って当該構成要素の構造的な特徴の明確な記述として捉えられるべきである。

“ｐｒｅｆｅｒａｂｌｙ（好ましくは）”、“ｃｏｍｍｏｎｌｙ（通常）”、及び“ｔｙｐｉｃａｌｌｙ（代表的に）”のような用語は、本明細書において用いられる場合、請求する発明の範囲を制限するために用いられるのではない、または特定の特徴が、請求する発明の構造または機能にとって必須である、不可欠である、または極めて重要であることを意味するために用いられるのではないことに留意されたい。そうではなく、これらの用語は、本開示の１つの実施形態の特定の態様を特定するために用いられる、または本開示の特定の実施形態に用いることができるか、または用いなくてもよい別の、または更に別の特徴を強調するために用いられるに過ぎない。

本発明を記載し、そして定義するために、“ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ（実質的に）”という用語は、本明細書において、任意の量的比較、値、測定値、または他の表示に起因する可能性のある本質的な不確定性の度合いを表すために用いられることに留意されたい。“ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ（実質的に）”という用語はまた、本明細書において、量的な表示が、記載される基準値から、問題となっている主題の基本的機能を変化させてしまうことなく変化することができる度合いを表わすために用いられる。

本開示の主題について詳細に、かつ主題の特定の実施形態を参照することにより記載してきたが、本明細書において開示される種々の詳細は、特定の要素が、本記述に添付されるこれらの図面の各図面に示される場合でも、これらの詳細が、本明細書において記載される種々の実施形態の不可欠な構成要素群である要素群に関するものであることを意味していると捉えられてはならないことに留意されたい。そうではなく、本明細書に添付される請求項が、本開示の広さ、及び本明細書において記載される種々の発明の対応する範囲を定める唯一の表現として捉えられるべきである。更に、変形及び変更は、添付の請求項に規定される本発明の範囲から逸脱しない限り加えることができることは明らかである。更に詳細には、本開示の幾つかの態様は、本明細書において、好適であるとして、または特に有利であるとして特定されるが、本開示は必ずしもこれらの態様には限定されないと考えられる。

以下の請求項群のうちの１つ以上の請求項では、“ｗｈｅｒｅｉｎ”という用語を移行用語として用いていることに留意されたい。本発明を定義するために、この用語は、これらの請求項に、構造の一連の特徴の記述を行なうために用いる非限定的な移行用語として導入され、そして“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”という更に広く用いられる非限定的な前置の単語と同様に解釈されるべきである。

１０ 半導体基板
２０ 導波路構造
３０ 制御素子
３２ 加熱素子
３４ ワイヤボンディング用ヒータパッド
４０ 絶縁層
４２ パターニング済み絶縁領域
５０ パターニング済みフォトレジスト残留部
５２ パターニング済み絶縁開口部
５４ リフトオフフォトレジスト部分
５６ フォトリソグラフィマスク
１００ レーザダイオード構造

Claims (5)

1. 半導体基板と、軸方向に延伸する導波路構造と、そして半導体基板の上に配置される絶縁層と、を備えるレーザダイオード構造を形成する方法であって、該方法は：
   フォトリソグラフィプロセスを利用して、前記軸方向に延伸する導波路構造の少なくとも一部を形成することにより、前記フォトリソグラフィプロセスの後に、パターニング済みフォトレジスト残留部を前記軸方向に延伸する導波路構造の上に残留させる工程と、
   パターニング済み絶縁開口部及びリフトオフフォトレジスト部分を前記パターニング済みフォトレジスト残留部に、前記パターニング済みフォトレジスト残留部に追加のフォトリソグラフィプロセスを施して前記リフトオフフォトレジスト部分を、前記追加のフォトリソグラフィプロセスの後に、前記軸方向に延伸する導波路構造の上に残留させることにより形成する工程と、
   前記絶縁層を前記パターニング済み絶縁開口部及び前記リフトオフフォトレジスト部分を覆うように形成する工程と、
   前記絶縁層及び下地のリフトオフフォトレジスト部分にリフトオフプロセスを施して、 前記絶縁層のパターニング済み絶縁領域を前記軸方向に延伸する導波路構造の上に残留させる工程と、
   を含む、方法。
2. 前記絶縁層は、窒化シリコンを含み、そして前記パターニング済み絶縁開口部及び前記リフトオフフォトレジスト部分の上に、前記リフトオフフォトレジスト部分の硬化ベーク温度を超えない温度で形成される、請求項１に記載の方法。
3. 前記絶縁層は、窒化シリコンを含み、そして前記パターニング済み絶縁開口部及び前記リフトオフフォトレジスト部分の上に、２００℃を超えない温度で形成される、請求項１に記載の方法。
4. 半導体基板と、軸方向に延伸する導波路構造と、前記導波路構造の短軸方向部分の上を延在する制御素子と、そして絶縁層のパターニング済み絶縁領域と、を備えるレーザダイオード構造であって、前記領域は、前記軸方向に延伸する導波路構造の上に残留し：
   前記制御素子の少なくとも一部は、前記パターニング済み絶縁領域の上に、前記軸方向に延伸する導波路構造を覆って残留するように形成され、
   前記パターニング済み絶縁領域、前記制御素子、及び前記絶縁層の導波路部分は、前記導波路構造の上に、前記導波路構造の短軸方向寸法に沿ってほぼ隣接するように残る、
   レーザダイオード構造。
5. 前記導波路構造の前記短軸方向寸法は、前記レーザダイオード構造の波長選択部分に対応し、そして
   前記制御素子は、前記レーザダイオード構造の前記波長選択部分の波長選択性を制御するように構成される、
   請求項４に記載のレーザダイオード構造。

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