JP3317991B2 - ストライプの形成にドライエッチングを使用する埋込みストライプ半導体レーザの製造方法及びこの方法によって得られるレーザ - Google Patents
ストライプの形成にドライエッチングを使用する埋込みストライプ半導体レーザの製造方法及びこの方法によって得られるレーザInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
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- H01L21/30612—Etching of AIIIBV compounds
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- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、埋込みストライプ半導
体レーザの製造方法に関するものである。更に詳細に
は、本発明は、第１のエピタキシャル成長によって基板
上に第１のドーピング形を有する第１のクラッド層、活
性層及び保護層を連続して堆積してヘテロ構造を形成
し、上記保護層及び上記活性層を上記の第１のクラッド
層までエッチングして、該活性層からストライプを形成
し、「反復エピタキシャル成長」として知られる第２の
エピタキシャル成長によって、上記第１のドーピング形
と反対の第２のドーピング形を有して第２のクラッド層
を形成する半導体層に上記ストライプを埋込む、埋込み
ストライプ半導体レーザの製造方法に関するものであ
る。更に、本発明は、本発明による方法によって得られ
るレーザに関するものである。本発明は、特に、光通信
の分野、さらに詳しく言えば、単一モード光ファイバに
よる通信リンクのためのダブルヘテロ構造半導体レーザ
の製造に適用される。
体レーザの製造方法に関するものである。更に詳細に
は、本発明は、第１のエピタキシャル成長によって基板
上に第１のドーピング形を有する第１のクラッド層、活
性層及び保護層を連続して堆積してヘテロ構造を形成
し、上記保護層及び上記活性層を上記の第１のクラッド
層までエッチングして、該活性層からストライプを形成
し、「反復エピタキシャル成長」として知られる第２の
エピタキシャル成長によって、上記第１のドーピング形
と反対の第２のドーピング形を有して第２のクラッド層
を形成する半導体層に上記ストライプを埋込む、埋込み
ストライプ半導体レーザの製造方法に関するものであ
る。更に、本発明は、本発明による方法によって得られ
るレーザに関するものである。本発明は、特に、光通信
の分野、さらに詳しく言えば、単一モード光ファイバに
よる通信リンクのためのダブルヘテロ構造半導体レーザ
の製造に適用される。
【０００２】
【従来の技術】様々な埋込みストライプレーザ構造が既
に公知であり、例えば、ブロック接合を備えるＥＭＢＨ
(Embedded Buried Heteroctructure) 構造、ＦＢＨ(Fla
t Surface Buried Heterostructure) 構造、半絶縁層を
備えるＳＩ−ＰＢＨ(Semi-Insulating Planar BuriedHe
terostructure) 構造、及び、ホモ接合またはヘテロ接
合を備えるＢＲＳ（Buried Ridge Stripe)構造等が挙げ
られる。成長方法及びその層構造の静的及び動的特徴
は、様々である。しかしながら、ＢＲＳ構造は、２つの
連続したエピタキシャル成長サイクルを必要とするだけ
で、有機金属化学的気相反応法（ＭＯＣＶＤ）及び分子
ビームエピタキシ（ＭＢＥ）等のあらゆるエピタキシャ
ル成長方法に適しているので、極めて将来性があるよう
に思われる。様々なＢＲＳ構造が公知であり、発明の詳
細な説明の最後に付した文献リストの文献１〜４に記載
されているので、それらを参照するとよい。また、トム
ソン セーエスエフ(Thomson CSF) 及びセー．エヌ．ウ
ー．テー．（ＣＮＥＴ）(Centre National d'Etudes de
s Telecommunications) が、現在、1.3 及び1.5 μｍ帯
のＢＲＳ構造レーザを研究中であることが公知である。
そのようなＢＲＳ構造の１例を、図１に概略的に示し
た。
に公知であり、例えば、ブロック接合を備えるＥＭＢＨ
(Embedded Buried Heteroctructure) 構造、ＦＢＨ(Fla
t Surface Buried Heterostructure) 構造、半絶縁層を
備えるＳＩ−ＰＢＨ(Semi-Insulating Planar BuriedHe
terostructure) 構造、及び、ホモ接合またはヘテロ接
合を備えるＢＲＳ（Buried Ridge Stripe)構造等が挙げ
られる。成長方法及びその層構造の静的及び動的特徴
は、様々である。しかしながら、ＢＲＳ構造は、２つの
連続したエピタキシャル成長サイクルを必要とするだけ
で、有機金属化学的気相反応法（ＭＯＣＶＤ）及び分子
ビームエピタキシ（ＭＢＥ）等のあらゆるエピタキシャ
ル成長方法に適しているので、極めて将来性があるよう
に思われる。様々なＢＲＳ構造が公知であり、発明の詳
細な説明の最後に付した文献リストの文献１〜４に記載
されているので、それらを参照するとよい。また、トム
ソン セーエスエフ(Thomson CSF) 及びセー．エヌ．ウ
ー．テー．（ＣＮＥＴ）(Centre National d'Etudes de
s Telecommunications) が、現在、1.3 及び1.5 μｍ帯
のＢＲＳ構造レーザを研究中であることが公知である。
そのようなＢＲＳ構造の１例を、図１に概略的に示し
た。
【０００３】図１に図示した公知の構造は、以下の２つ
のエピタキシャル成長サイクルによって得られる。第１
のエピタキシャル成長サイクルでは、ｎ+形にドープさ
れたInＰ基板２上に、第１のｎ形にドープされたInＰク
ラッド層４、次にドープされていないInGaAsＰ活性層
６、続いて、厚さが制限されたｐ形にドープされたInＰ
保護層を形成する。それに続いて、例えば、臭素を主成
分とする化学溶液を使用して、第１のクラッド層までエ
ッチングして、２μｍの幅のストライプを形成する。第
２のエピタキシャル成長サイクルによって、ストライプ
上に、再度、第２のｐ形にドープされたInＰクラッド層
８、続いて、ｐ+ 形にドープされたInGaAsコンタクト層
10を成長させることができる。エッチングの結果形成さ
れるメサ部での電流の局部化は、次に、コンタクト層10
及び第２のクラッド層８にプロトン注入することによっ
て得られる。それによって、形成された活性ストライプ
の両側に高い抵抗領域12及び14が形成される。最後に、
コンタクト層10上に、白金層16及び次に金層18を堆積さ
せる。図１を参照して説明したＢＲＳ構造の製造方法
は、興味深い点もある（特に、実施が容易であり、特
に、気相であらゆる成長方法に適合する）が、やはり、
欠点がある。このように、ストライプのエッチングを溶
液内で化学的に実施するので、構造の成形時に、特に、
面積の大きいエピタキシャル成長半導体基板の成形時
に、この方法に固有の問題が起こる。第１の問題は、あ
らゆる等方性エッチング作業に特徴的なストライプのサ
イドエッチングまたはアンダーカットである。エッチン
グのために使用するマスクの幅が制限されているので
（２μｍ）、この現象によって、ストライプの最終的な
幅（通常、1.4 μｍ）を過度に小さくすることはないよ
うにするためには、エッチングの深さは数百ｎｍに制限
される。第２の問題点は、エッチングの均一性の欠如で
あり、特に、大きな面積にわたるエッチングの均一性の
欠如である。溶液内での化学的エッチングは、当初、浸
されたサンプルの縁部で開始され、その中心の方に拡が
り、従って、サンプルの縁部と中心部ではストライプの
深さと幅が大きく異なるようになることが、実験的で示
された。第３の問題点は、溶液内での化学的エッチング
は、複数の外部パラメータ（特に、温度、攪拌及び光
度）に対する依存度が高いことが公知であり、従って、
得られた構造の再現が困難であるという事実によるもの
である。
のエピタキシャル成長サイクルによって得られる。第１
のエピタキシャル成長サイクルでは、ｎ+形にドープさ
れたInＰ基板２上に、第１のｎ形にドープされたInＰク
ラッド層４、次にドープされていないInGaAsＰ活性層
６、続いて、厚さが制限されたｐ形にドープされたInＰ
保護層を形成する。それに続いて、例えば、臭素を主成
分とする化学溶液を使用して、第１のクラッド層までエ
ッチングして、２μｍの幅のストライプを形成する。第
２のエピタキシャル成長サイクルによって、ストライプ
上に、再度、第２のｐ形にドープされたInＰクラッド層
８、続いて、ｐ+ 形にドープされたInGaAsコンタクト層
10を成長させることができる。エッチングの結果形成さ
れるメサ部での電流の局部化は、次に、コンタクト層10
及び第２のクラッド層８にプロトン注入することによっ
て得られる。それによって、形成された活性ストライプ
の両側に高い抵抗領域12及び14が形成される。最後に、
コンタクト層10上に、白金層16及び次に金層18を堆積さ
せる。図１を参照して説明したＢＲＳ構造の製造方法
は、興味深い点もある（特に、実施が容易であり、特
に、気相であらゆる成長方法に適合する）が、やはり、
欠点がある。このように、ストライプのエッチングを溶
液内で化学的に実施するので、構造の成形時に、特に、
面積の大きいエピタキシャル成長半導体基板の成形時
に、この方法に固有の問題が起こる。第１の問題は、あ
らゆる等方性エッチング作業に特徴的なストライプのサ
イドエッチングまたはアンダーカットである。エッチン
グのために使用するマスクの幅が制限されているので
（２μｍ）、この現象によって、ストライプの最終的な
幅（通常、1.4 μｍ）を過度に小さくすることはないよ
うにするためには、エッチングの深さは数百ｎｍに制限
される。第２の問題点は、エッチングの均一性の欠如で
あり、特に、大きな面積にわたるエッチングの均一性の
欠如である。溶液内での化学的エッチングは、当初、浸
されたサンプルの縁部で開始され、その中心の方に拡が
り、従って、サンプルの縁部と中心部ではストライプの
深さと幅が大きく異なるようになることが、実験的で示
された。第３の問題点は、溶液内での化学的エッチング
は、複数の外部パラメータ（特に、温度、攪拌及び光
度）に対する依存度が高いことが公知であり、従って、
得られた構造の再現が困難であるという事実によるもの
である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決することを目的とする。本発明は、表面積の大
きいサンプル、例えば、直径が２インチ（５cm) 以上の
半導体ウエハに使用できる埋込みストライプ半導体レー
ザを製造する方法を見出して問題点を解決し、それによ
って、その特性の均一性が優れたレーザの大量生産を可
能にし、その結果として、そのコストを減少させるもの
である。
点を解決することを目的とする。本発明は、表面積の大
きいサンプル、例えば、直径が２インチ（５cm) 以上の
半導体ウエハに使用できる埋込みストライプ半導体レー
ザを製造する方法を見出して問題点を解決し、それによ
って、その特性の均一性が優れたレーザの大量生産を可
能にし、その結果として、そのコストを減少させるもの
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明による埋込みストライプ半導体レーザの製造
方法は、保護層及び活性層をドライエッチング法、すな
わち、メタン、水素、アルゴンの気体混合物を使用し
て、反応性イオンビームエッチングによってエッチング
することを特徴とする。このように、本発明は、種々の
ドライエッチング法に固有の異方性、均一性及び再現性
特性を利用する。アンダーカット作用が存在しないの
で、本発明による方法によって、良好に制御して、幅が
１μｍ以下（サブミクロンストライプ）の活性ストライ
プを得ることができ、従って、この方法によって製造さ
れたレーザの閾値電流を小さくすることができる。これ
は、本発明の複数の用途、特に、オプトエレクトロニク
ス集積化において極めて重要なパラメータである。ドラ
イエッチング法には、反応性イオンエッチング（Reacti
ve Ion Etching)（ＲＩＥ）、イオンビームエッチング
(Ion Beam Etching)（ＩＢＥ）またはケミカルアシステ
ッドイオンビームエッチング(Chemical Assisted Ion B
eam Etching)（ＣＡＩＢＥ）がある。しかしながら、本
発明の範囲内では、ドライエッチング法は、他のドライ
エッチング法と比較して利点を有する反応性イオンビー
ムエッチング(Reactive IonBeam Etching) （ＲＩＢ
Ｅ）である。従って、例えば、ＲＩＢＥによって、種々
のエッチングパラメータ（特に、圧力、イオンの加速電
圧及びイオンビームの入射角）等を別々に制御すること
ができるが、これは、ＲＩＥでは不可能である。また、
メタン、アルゴン及び水素の気体混合物を本発明で使用
すると、ユーザに対する毒性が小さくなり、他のガス
（例えば、塩素）よりも、エッチング装置への腐食性が
かなり小さい。
に、本発明による埋込みストライプ半導体レーザの製造
方法は、保護層及び活性層をドライエッチング法、すな
わち、メタン、水素、アルゴンの気体混合物を使用し
て、反応性イオンビームエッチングによってエッチング
することを特徴とする。このように、本発明は、種々の
ドライエッチング法に固有の異方性、均一性及び再現性
特性を利用する。アンダーカット作用が存在しないの
で、本発明による方法によって、良好に制御して、幅が
１μｍ以下（サブミクロンストライプ）の活性ストライ
プを得ることができ、従って、この方法によって製造さ
れたレーザの閾値電流を小さくすることができる。これ
は、本発明の複数の用途、特に、オプトエレクトロニク
ス集積化において極めて重要なパラメータである。ドラ
イエッチング法には、反応性イオンエッチング（Reacti
ve Ion Etching)（ＲＩＥ）、イオンビームエッチング
(Ion Beam Etching)（ＩＢＥ）またはケミカルアシステ
ッドイオンビームエッチング(Chemical Assisted Ion B
eam Etching)（ＣＡＩＢＥ）がある。しかしながら、本
発明の範囲内では、ドライエッチング法は、他のドライ
エッチング法と比較して利点を有する反応性イオンビー
ムエッチング(Reactive IonBeam Etching) （ＲＩＢ
Ｅ）である。従って、例えば、ＲＩＢＥによって、種々
のエッチングパラメータ（特に、圧力、イオンの加速電
圧及びイオンビームの入射角）等を別々に制御すること
ができるが、これは、ＲＩＥでは不可能である。また、
メタン、アルゴン及び水素の気体混合物を本発明で使用
すると、ユーザに対する毒性が小さくなり、他のガス
（例えば、塩素）よりも、エッチング装置への腐食性が
かなり小さい。
【０００６】本発明では、第２のエピタキシャル成長
は、気相エピタキシャル成長であることがある。これ
は、有機金属化学的気相反応法（Metalorganic Chemica
l VapourDeposition)（ＭＯＣＶＤ）によって実施でき
る。好ましくは、本発明による方法は、第２のエッチン
グの前に、エッチングされた層の短いエッチングを含
む。本発明で使用される反応性イオンビームエッチング
法は、形成すべきストライプに対応する活性層領域上に
位置する保護層の部分を、樹脂層、例えば、感光性樹脂
層を使用して、前もってマスクする工程を備える。次
に、エッチングを実施した後、超音波浴内でフッ化水素
酸を使用して、マスクを除去するのが好ましい。本発明
による方法の好ましい実施例によると、ヘテロ構造は二
重であり、この時、活性層の組成は、第１のクラッド層
及び保護層の組成とは異なる。このように、ダブルヘテ
ロ構造によって、閾値電流密度が、シングルヘテロ構造
で得られるものよりかなり低くなることが知られてい
る。本発明による方法の実施例によると、基板は、ｎ+
形にドープされたInＰ製であり、第１のクラッド層はｎ
形にドープされたInＰ製であり、活性層はInGaAsＰ製で
あり、保護層はｐ形にドープされたInＰであり、第２の
クラッド層は1018〜５・1018cm-3の濃度範囲にｐ形にド
ープされたInＰである。本発明は、添付図面を参照して
説明する以下の実施例から明らかになろう。但し、これ
らの実施例は、本発明を何ら限定するものではない。
は、気相エピタキシャル成長であることがある。これ
は、有機金属化学的気相反応法（Metalorganic Chemica
l VapourDeposition)（ＭＯＣＶＤ）によって実施でき
る。好ましくは、本発明による方法は、第２のエッチン
グの前に、エッチングされた層の短いエッチングを含
む。本発明で使用される反応性イオンビームエッチング
法は、形成すべきストライプに対応する活性層領域上に
位置する保護層の部分を、樹脂層、例えば、感光性樹脂
層を使用して、前もってマスクする工程を備える。次
に、エッチングを実施した後、超音波浴内でフッ化水素
酸を使用して、マスクを除去するのが好ましい。本発明
による方法の好ましい実施例によると、ヘテロ構造は二
重であり、この時、活性層の組成は、第１のクラッド層
及び保護層の組成とは異なる。このように、ダブルヘテ
ロ構造によって、閾値電流密度が、シングルヘテロ構造
で得られるものよりかなり低くなることが知られてい
る。本発明による方法の実施例によると、基板は、ｎ+
形にドープされたInＰ製であり、第１のクラッド層はｎ
形にドープされたInＰ製であり、活性層はInGaAsＰ製で
あり、保護層はｐ形にドープされたInＰであり、第２の
クラッド層は1018〜５・1018cm-3の濃度範囲にｐ形にド
ープされたInＰである。本発明は、添付図面を参照して
説明する以下の実施例から明らかになろう。但し、これ
らの実施例は、本発明を何ら限定するものではない。
【０００７】
【実施例】図２（ａ）によると、第１段階は、ｎ+ 形に
ドープされたInＰ基板20上にエピタキシャル成長によっ
て、第１のｎ形にドープされたInＰクラッド層22と、ド
ープされていない厚さ 110ｎｍのInGaAsＰ活性層24と、
厚さ 100ｎｍのｐ形にドープされたInＰ保護層28（例え
ば、ドーピングは、亜鉛原子を使用して実施される) を
連続して堆積させることによって、ダブルヘテロ構造を
形成する。これに続いて、感光性樹脂を使用して、得ら
れたヘテロ構造にマスキングして、保護層28上に幅２μ
ｍ、高さは 600ｎｍから１μｍの樹脂パターン30を形成
する。このパターンは、保護層28の＜110＞方向に配置
されている。図２（ｂ）に示すように、引き続いて、こ
のようにして形成したマスクされたヘテロ構造を下方に
第１のクラッド層22までＲＩＢＥ型ドライエッチングを
実施する。それによって、このようにエッチングされた
活性層24から活性ストライプ32が形成される。このエッ
チングは、カウフマン(Kaufman) 型イオン源、または、
イオンサイクロトロン源、または、電子サイクロトロン
共鳴型イオン源、または、ＲＦイオン源を備えるフレー
ム内で実施される。このエッチングは、カウフマン(Kau
fman) イオン源の場合、以下の実験条件下で実施され
る： エッチングガス： アルゴン、水素及びメタンの混合物
（この混合物によってInＰ、GaAs、及びGaAs化合物のエ
ッチングが可能になる) イオンビーム34のエネルギー： 300eV イオン密度： 0.250 〜0.550 ｍＡ/cm2 イオンビーム34の入射角： 20° 全圧： ５×10-4 Torr （約７×10-2 Pa) 気体の流量： アルゴンは10sccm (１分あたりcm3 標
準）、水素は20sccm、メタンは４sccm（気体のこの割合
は、他の種の源を使用する場合には変更できる） 基板ホルダ回転速度： 12 r.p.m.
ドープされたInＰ基板20上にエピタキシャル成長によっ
て、第１のｎ形にドープされたInＰクラッド層22と、ド
ープされていない厚さ 110ｎｍのInGaAsＰ活性層24と、
厚さ 100ｎｍのｐ形にドープされたInＰ保護層28（例え
ば、ドーピングは、亜鉛原子を使用して実施される) を
連続して堆積させることによって、ダブルヘテロ構造を
形成する。これに続いて、感光性樹脂を使用して、得ら
れたヘテロ構造にマスキングして、保護層28上に幅２μ
ｍ、高さは 600ｎｍから１μｍの樹脂パターン30を形成
する。このパターンは、保護層28の＜110＞方向に配置
されている。図２（ｂ）に示すように、引き続いて、こ
のようにして形成したマスクされたヘテロ構造を下方に
第１のクラッド層22までＲＩＢＥ型ドライエッチングを
実施する。それによって、このようにエッチングされた
活性層24から活性ストライプ32が形成される。このエッ
チングは、カウフマン(Kaufman) 型イオン源、または、
イオンサイクロトロン源、または、電子サイクロトロン
共鳴型イオン源、または、ＲＦイオン源を備えるフレー
ム内で実施される。このエッチングは、カウフマン(Kau
fman) イオン源の場合、以下の実験条件下で実施され
る： エッチングガス： アルゴン、水素及びメタンの混合物
（この混合物によってInＰ、GaAs、及びGaAs化合物のエ
ッチングが可能になる) イオンビーム34のエネルギー： 300eV イオン密度： 0.250 〜0.550 ｍＡ/cm2 イオンビーム34の入射角： 20° 全圧： ５×10-4 Torr （約７×10-2 Pa) 気体の流量： アルゴンは10sccm (１分あたりcm3 標
準）、水素は20sccm、メタンは４sccm（気体のこの割合
は、他の種の源を使用する場合には変更できる） 基板ホルダ回転速度： 12 r.p.m.
【０００８】いかなるドライエッチング法も、加速され
たイオンビームによって誘導される、エッチングされる
材料中の欠陥の形成によって特徴付けられ、妨害される
材料の厚さはそのビームのエネルギーに比例している
（この厚さは、300eV のエネルギーで20ｎｍ未満であ
る) ということを考えると、続いて、このようにしてエ
ッチングした構造を、２℃で、以下の容量比： ｜Br(1)ＨBr(17)Ｈ2Ｏ(35)｜（１）：Ｈ2Ｏ（７） の非選択性溶液中で、軽く、すなわち、短期間（約５
秒）化学エッチングを実施する。これに続いて、得られ
たストライプ及びｎ形にドープされたInＰのクラッド層
の表面の光ルミネッセンスの検査を行い、満足できるエ
ッチング品質が得られたことを確認する。次に、樹脂マ
スク30を除去する（図２（ｃ））。このマスクの除去
は、問題を引き起こす。実際、例えば、メタン等の炭化
水素をベースとする反応性ガスを使用することによっ
て、InＰ等の半導体材料をエッチングすることができ
る。しかしながら、エッチング中、InＰまたはその誘導
体以外の他の全材料上、特に、樹脂マスク上にポリマー
が堆積し、従って、例えば、アセトン等の従来の溶媒を
使用して、このマスクを除去するのが困難である。除去
に酸素プラズマを使用すると、この問題を解決すること
ができるが、残念ながら、そのような除去方法を使用す
ると、常に、InＰ及び４元系化合物InGaAsＰの光ルミネ
ッセンスの損失が発見される。この欠点を解消し、エッ
チングしたヘテロ構造を損なわずに、樹脂マスク30を単
純な方法で除去するために、本発明の実施例では、超音
波タンク内で、２分間フッ化水素酸溶液を使用する。続
いて、従来の方法によって、エッチングしたヘテロ構造
の表面を洗浄する。この目的のため、第１に、この表面
の加熱洗浄を利用する。これは、トリクロロエチレン、
アセトン及びイソプロパノール内で、これらの各生成物
について２分ずつ、連続して実施する。その後、この表
面を硫酸中で１分間軽くエッチングして、次に、30秒
間、フッ化水素酸中で酸素除去する。
たイオンビームによって誘導される、エッチングされる
材料中の欠陥の形成によって特徴付けられ、妨害される
材料の厚さはそのビームのエネルギーに比例している
（この厚さは、300eV のエネルギーで20ｎｍ未満であ
る) ということを考えると、続いて、このようにしてエ
ッチングした構造を、２℃で、以下の容量比： ｜Br(1)ＨBr(17)Ｈ2Ｏ(35)｜（１）：Ｈ2Ｏ（７） の非選択性溶液中で、軽く、すなわち、短期間（約５
秒）化学エッチングを実施する。これに続いて、得られ
たストライプ及びｎ形にドープされたInＰのクラッド層
の表面の光ルミネッセンスの検査を行い、満足できるエ
ッチング品質が得られたことを確認する。次に、樹脂マ
スク30を除去する（図２（ｃ））。このマスクの除去
は、問題を引き起こす。実際、例えば、メタン等の炭化
水素をベースとする反応性ガスを使用することによっ
て、InＰ等の半導体材料をエッチングすることができ
る。しかしながら、エッチング中、InＰまたはその誘導
体以外の他の全材料上、特に、樹脂マスク上にポリマー
が堆積し、従って、例えば、アセトン等の従来の溶媒を
使用して、このマスクを除去するのが困難である。除去
に酸素プラズマを使用すると、この問題を解決すること
ができるが、残念ながら、そのような除去方法を使用す
ると、常に、InＰ及び４元系化合物InGaAsＰの光ルミネ
ッセンスの損失が発見される。この欠点を解消し、エッ
チングしたヘテロ構造を損なわずに、樹脂マスク30を単
純な方法で除去するために、本発明の実施例では、超音
波タンク内で、２分間フッ化水素酸溶液を使用する。続
いて、従来の方法によって、エッチングしたヘテロ構造
の表面を洗浄する。この目的のため、第１に、この表面
の加熱洗浄を利用する。これは、トリクロロエチレン、
アセトン及びイソプロパノール内で、これらの各生成物
について２分ずつ、連続して実施する。その後、この表
面を硫酸中で１分間軽くエッチングして、次に、30秒
間、フッ化水素酸中で酸素除去する。
【０００９】図２（ｄ）に示すように、続いて、例え
ば、ＭＯＣＶＤを使用して、「反復エピタキシャル成
長」として知られる第２のエピタキシャル成長サイクル
を実施して、エッチングされた構造上に、第２の２×10
18cm-3のｐ形に亜鉛原子がドープされたInＰクラッド層
36を成長させ（この強いドーピングは、側方漏れ電流を
制限するためのものである）、それによって、活性層32
を埋込み、次に、第２のクラッド層36上にｐ+ 形にドー
プされたInGaAsコンタクト層38を成長させる。このコン
タクト層38は、１×1019cm-3の濃度に亜鉛原子がドープ
されている。次に、上記の層38上に、白金層40を堆積さ
せ、450 ℃で２分間焼成し、次に、その層40上に金層42
を堆積させる。上記の条件下でのＲＩＢＥエッチング方
法の均一性を確認した。このため、直径50mmのInＰサン
プル上に幅２μｍ及び深さ 500ｎｍの平行なストライプ
をエッチングした。サンプル上の各ストライプの位置の
関数としてそのストライプの幅及び深さの変化をたどる
と、サンプルの表面全体について極めて良好な均一性が
得られ、エッチング後のストライプの幅はそのエッチン
グ前の幅にほとんど等しい（約２μｍ）ことが分かっ
た。これによって、極めて良好な制御性をもって、サブ
ミクロンストライプを製造することができる。
ば、ＭＯＣＶＤを使用して、「反復エピタキシャル成
長」として知られる第２のエピタキシャル成長サイクル
を実施して、エッチングされた構造上に、第２の２×10
18cm-3のｐ形に亜鉛原子がドープされたInＰクラッド層
36を成長させ（この強いドーピングは、側方漏れ電流を
制限するためのものである）、それによって、活性層32
を埋込み、次に、第２のクラッド層36上にｐ+ 形にドー
プされたInGaAsコンタクト層38を成長させる。このコン
タクト層38は、１×1019cm-3の濃度に亜鉛原子がドープ
されている。次に、上記の層38上に、白金層40を堆積さ
せ、450 ℃で２分間焼成し、次に、その層40上に金層42
を堆積させる。上記の条件下でのＲＩＢＥエッチング方
法の均一性を確認した。このため、直径50mmのInＰサン
プル上に幅２μｍ及び深さ 500ｎｍの平行なストライプ
をエッチングした。サンプル上の各ストライプの位置の
関数としてそのストライプの幅及び深さの変化をたどる
と、サンプルの表面全体について極めて良好な均一性が
得られ、エッチング後のストライプの幅はそのエッチン
グ前の幅にほとんど等しい（約２μｍ）ことが分かっ
た。これによって、極めて良好な制御性をもって、サブ
ミクロンストライプを製造することができる。
【００１０】また、ＢＲＳ型レーザ構造は、上記の実施
例の方法によって製造され、これらのレーザは、公知の
方法で製造したＢＲＳ形レーザ構造で得られるより優れ
た性能特性を有することが分かった。上記の実施例のよ
うに製造された複数のＢＲＳレーザ構造の出力パワー／
パルス注入電流（Ｐ／Ｉ）特性は、閾値電流及び外部量
子収率に関して、良好な均一性を示す。また、これらの
レーザの１つの連続Ｐ／Ｉ特性について研究すると、最
大出力パワーが90ｍＷを越えることが分かった。それ
は、ストライプの両側でInＰ電気接合の効率が良好であ
ることを示しており、使用したエッチング方法の優れた
品質が確かめられる。また、これらのレーザの動的挙動
は、これらの周波数応答の測定によって明らかになる。
−３dBで、17GHz の通過帯域が測定された。また、この
通過帯域に対応する曲線は、平坦（「ロールオフ」型）
であることが分かった。これは、構造の漂遊または寄生
成分が制限される（漂遊容量は約５〜６pF、直列抵抗は
約1.5 オーム) ことが分かった。これらの直列抵抗及び
漂遊容量の値が低いのは、主に、ｐ形にドープされたIn
Ｐ層及びｐ+ 形にドープされたInGaAsの各層の高いドー
ピング（各々、２×1018cm-3及び１×1019cm-3）による
ものである。もちろん、活性層24は、単一の半導体材料
（上記の実施例では、InGaAsＰ）から形成されている代
わりに、量子井戸を有することもできる。
例の方法によって製造され、これらのレーザは、公知の
方法で製造したＢＲＳ形レーザ構造で得られるより優れ
た性能特性を有することが分かった。上記の実施例のよ
うに製造された複数のＢＲＳレーザ構造の出力パワー／
パルス注入電流（Ｐ／Ｉ）特性は、閾値電流及び外部量
子収率に関して、良好な均一性を示す。また、これらの
レーザの１つの連続Ｐ／Ｉ特性について研究すると、最
大出力パワーが90ｍＷを越えることが分かった。それ
は、ストライプの両側でInＰ電気接合の効率が良好であ
ることを示しており、使用したエッチング方法の優れた
品質が確かめられる。また、これらのレーザの動的挙動
は、これらの周波数応答の測定によって明らかになる。
−３dBで、17GHz の通過帯域が測定された。また、この
通過帯域に対応する曲線は、平坦（「ロールオフ」型）
であることが分かった。これは、構造の漂遊または寄生
成分が制限される（漂遊容量は約５〜６pF、直列抵抗は
約1.5 オーム) ことが分かった。これらの直列抵抗及び
漂遊容量の値が低いのは、主に、ｐ形にドープされたIn
Ｐ層及びｐ+ 形にドープされたInGaAsの各層の高いドー
ピング（各々、２×1018cm-3及び１×1019cm-3）による
ものである。もちろん、活性層24は、単一の半導体材料
（上記の実施例では、InGaAsＰ）から形成されている代
わりに、量子井戸を有することもできる。
【００１１】下記に、本説明の冒頭で参照した文献のリ
ストを示す： （１） アール．ブロンドー(R. Blondeau) 他による論
文「エレクトニクスレターズ(Electronics Letters) 」
第20巻、850 〜851 頁、1984年10月11日 （２） ジー．シャミナン(G. Chaminant)、ジェー．シ
ャリル(J. Charil) 、ジェー. シー. ブーレー(J. C. B
ouley)による「回折格子を有するまたは有していない埋
込みストライプ半導体レーザの製造方法及びこの方法に
よって得られるレーザ(Process for producing a burie
d stripe semiconductor laser with or without a dif
fraction grating and laser obtained by this proces
s)」と題されたフランス国特許出題第2,587,852 号。ま
た、アメリカ合衆国特許第4,737,237 号を参照。 （３） ジェー. シー. ブーレー(J. C. Bouley)、ピ
ー．コレック(P. Correc)による「一定に調節できる波
長と分布された反応を備える半導体レーザ(Constantly
tuneable wavelength, distributed reactionsemicondu
ctor laser)」と題された、1986年５月16日出願のフラ
ンス国特許出願第86/07064号。また、アメリカ合衆国特
許出願第4,802,187 号を参照。 （４）ジェー. シー. ブーレー(J. C. Bouley)及びシ
ー．カズミヤスキィ(C. Kazmierski) による「ブロック
層及び埋込みストライプを備える半導体レーザ及びその
レーザの製造方法(Blocking layer, buried stripe sem
iconductor laser and process for producing said la
ser)」と題されたフランス国出願第2,637,743 号。
ストを示す： （１） アール．ブロンドー(R. Blondeau) 他による論
文「エレクトニクスレターズ(Electronics Letters) 」
第20巻、850 〜851 頁、1984年10月11日 （２） ジー．シャミナン(G. Chaminant)、ジェー．シ
ャリル(J. Charil) 、ジェー. シー. ブーレー(J. C. B
ouley)による「回折格子を有するまたは有していない埋
込みストライプ半導体レーザの製造方法及びこの方法に
よって得られるレーザ(Process for producing a burie
d stripe semiconductor laser with or without a dif
fraction grating and laser obtained by this proces
s)」と題されたフランス国特許出題第2,587,852 号。ま
た、アメリカ合衆国特許第4,737,237 号を参照。 （３） ジェー. シー. ブーレー(J. C. Bouley)、ピ
ー．コレック(P. Correc)による「一定に調節できる波
長と分布された反応を備える半導体レーザ(Constantly
tuneable wavelength, distributed reactionsemicondu
ctor laser)」と題された、1986年５月16日出願のフラ
ンス国特許出願第86/07064号。また、アメリカ合衆国特
許出願第4,802,187 号を参照。 （４）ジェー. シー. ブーレー(J. C. Bouley)及びシ
ー．カズミヤスキィ(C. Kazmierski) による「ブロック
層及び埋込みストライプを備える半導体レーザ及びその
レーザの製造方法(Blocking layer, buried stripe sem
iconductor laser and process for producing said la
ser)」と題されたフランス国出願第2,637,743 号。
【図１】 公知の埋込みストライプ半導体レーザの概略
図である。
図である。
【図２】 本発明による方法の一実施例の様々な工程の
概略図である。
概略図である。
２ 基板 ４ 第１のクラッド層 ６ 活性層 ８ 第２のクラッド層 10 コンタクト層 20 基板 22 第１のクラッド層 24 活性層 28 保護層 30 マスク 32 ストライプ 34 イオンビーム 36 第２のクラッド層 38 コンタクト層 40 白金層 42 金層
フロントページの続き (73)特許権者 591237135 フランス テレコム エタブリスマン オートノンドゥ ドロワ ピューブリッ ク （サントル ナシォナル デチュー ド デ テレコミュニカシォン) ＦＲＡＮＣＥ ＴＥＬＥＣＯＭ ＥＴＡ ＢＬＩＳＳＥＭＥＮＴ ＡＵＴＯＮＯＭ Ｅ ＤＥ ＤＲＯＩＴ ＰＵＢＬＩＣ （ＣＥＮＴＲＥ ＮＡＴＩＯＮＡＬ Ｄ ´ＥＴＵＤＥＳ ＤＥＳ ＴＥＬＥＣＯ ＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ) フランス国 92131 イシー レ ムリ ノー リュ デュ ジェネラル ルクレ ール 38／40 (72)発明者 ヌールディーヌ ブアダマ フランス国 94250 ジェンティリー ルュ ドュヴァル ドゥ マルヌ 17 (56)参考文献 特開 昭64−79389（ＪＰ，Ａ) Ａｐｐｌｉｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅ ｔｔｅｒｓ，1990年８月29日，57［18 ］，ｐ．1864−1866 Ａｐｐｌｉｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅ ｔｔｅｒｓ，1990年４月23日，56［17 ］，ｐ．1641−1642 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ ｒｓ，1987年５月７日，23［10］，ｐ. 485−487 Ａｐｐｌｉｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅ ｔｔｅｒｓ，1991年７月１日，59［１ ］，ｐ．22−24 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/227 H01L 21/3065
Claims (6)
- 【請求項１】 第１のエピタキシャル成長によって、第
１のドーピング形を有する第１のクラッド層(22)、活性
層(24)及び保護層(28)を基板(20)上に連続して堆積して
ヘテロ構造を形成し、 ドライエッチングを使用して、上記保護層(28)及び上記
活性層(24)を下方に上記第１のクラッド層(22)までエッ
チングして、該活性層(24)からストライプ(32)を形成
し、 第２のエピタキシャル成長によって上記第１のドーピン
グ形と反対の第２のドーピング形を有する第２のクラッ
ド層(36)を堆積して半導体層内に上記ストライプ(32)を
埋込み、 上記第２のクラッド層(36)と等しいドーピング形を有す
るコンタクト層(38)を上記第２のクラッド層(36)上に形
成し、更に導電層(40)を上記コンタクト層(38)上に形成
する、 埋込みストライプ半導体レーザの製造方法であって、上記保護層(28)及び上記活性層(24)をドライエッチング
する前に、形成されるストライプ(32)に対応する上記活
性層(24)の領域の上に位置する上記保護層(28)の部分
を、感光性樹脂層(30)を使用して前もってマスクし、 上記感光性樹脂層(30)をマスクとして、上記保護層(28)
及び上記活性層(24)を、アルゴン、メタン及び水素の気
体混合物を使用する反応性イオンビームエッチング法に
よってエッチングし、 上記反応性イオンビーム エッチング後、上記感光性樹脂
を、超音波タンク内でフッ化水素酸によって除去するこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項２】 上記第２のエピタキシャル成長は、気相
エピタキシャル成長であることを特徴とする請求項１に
記載の方法。 - 【請求項３】 上記第２のエピタキシャル成長は、金属
有機化学的気相反応法によって実施されることを特徴と
する請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 上記第２のエピタキシャル成長の前に、
エッチングされた層(24、26、28)の短いエッチングを更
に実施することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一
項に記載の方法。 - 【請求項５】 ダブルヘテロ構造を使用し、上記活性層
の組成(24)は上記第１のクラッド層(22)の組成及び上記
保護層(28)の組成と異なることを特徴とする請求項１〜
４のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項６】 上記基板20はｎ＋形にドープされたInＰ
からなり、上記第１のクラッド層(22)はｎ形にドープさ
れたInＰからなり、上記活性層(24)はInGaAsＰからな
り、上記保護層はｐ形にドープされたInＰからなり、上
記第２のクラッド層(36)は1018〜５×1018cm-3の濃度範
囲にｐ形にドープされたInＰからなることを特徴とする
請求項５に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9102272A FR2673330B1 (fr) | 1991-02-26 | 1991-02-26 | Procede de realisation d'un laser a semiconducteur a ruban enterre, utilisant une gravure seche pour former ce ruban, et laser obtenu par ce procede. |
| FR9102272 | 1991-02-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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