JPH0152913B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体デバイス、特に半導体レーザの
バツチ処理、即ち、同時に多数のレーザを製作す
ることに関する。
バツチ処理、即ち、同時に多数のレーザを製作す
ることに関する。
従来のほとんどの作業において、−族化合
物及び合金からデイスクリートなヘテロ構造レー
ザを製造するにの用いられる処理工程は、結晶を
その（110）結晶面に沿つて破断もしくはへき開
することによる鏡面形成過程を含んでいる。この
ようにして製作されたレーザの多くはすぐれた特
性をもつているが、一方、へき開によるレーザミ
ラの製作は、固有の多くの欠点をも有している。
これらの欠点の中でもつとも大きなものは、ダイ
ス分離後（即ちへき開後）のデバイスのバツチ処
理能力の損失である。むしろ、各々のダイ（もし
くは分離された半導体チツプ）は、その後に処理
とテストとを行なうために個別に扱わねばならな
い。へき開もまた、最小レーザ長を含むレーザの
形状に制限を加える。より短いレーザはより低い
しきい値電流（低電力消費）とより長い方向のモ
ード間隔（単モード動作）とを包含する多くの明
確な利点を有するけれども、通常のへき開技術に
よるそのようなレーザの製作は、再現性よく実行
するのが困難であり、そして通常低い収量をもた
らす。対照的にデイスクリートレーザバツチ製作
処理は、へき開鏡面法に課せられた形状的制限な
しに、大量の進歩した電子光学的構成要素の実現
への道を開かなければならない。例をあげると、
そのような構成要素はフイードバツク制御用のフ
オトダイオード又はドライブ制御用のトランジス
タと共に同じチツプ上に形成された半導体レーザ
を含む。
物及び合金からデイスクリートなヘテロ構造レー
ザを製造するにの用いられる処理工程は、結晶を
その（110）結晶面に沿つて破断もしくはへき開
することによる鏡面形成過程を含んでいる。この
ようにして製作されたレーザの多くはすぐれた特
性をもつているが、一方、へき開によるレーザミ
ラの製作は、固有の多くの欠点をも有している。
これらの欠点の中でもつとも大きなものは、ダイ
ス分離後（即ちへき開後）のデバイスのバツチ処
理能力の損失である。むしろ、各々のダイ（もし
くは分離された半導体チツプ）は、その後に処理
とテストとを行なうために個別に扱わねばならな
い。へき開もまた、最小レーザ長を含むレーザの
形状に制限を加える。より短いレーザはより低い
しきい値電流（低電力消費）とより長い方向のモ
ード間隔（単モード動作）とを包含する多くの明
確な利点を有するけれども、通常のへき開技術に
よるそのようなレーザの製作は、再現性よく実行
するのが困難であり、そして通常低い収量をもた
らす。対照的にデイスクリートレーザバツチ製作
処理は、へき開鏡面法に課せられた形状的制限な
しに、大量の進歩した電子光学的構成要素の実現
への道を開かなければならない。例をあげると、
そのような構成要素はフイードバツク制御用のフ
オトダイオード又はドライブ制御用のトランジス
タと共に同じチツプ上に形成された半導体レーザ
を含む。
10年前A.S.Dobkin他による〔Soviet Physics、
Semiconductor、第４巻ページ515、1970〕は、
エツチング鏡面が（100）の配向のGaAsホモ接
合レーザの上に、過酸化物−アルカリ溶液
（H2O2及びNaOH）によるエツチングによつてつ
くることができることを示し、そしてそのような
レーザがインテグレーテツド、オプテイクスの分
野に応用されることを予想した。後にC.E.
Hurwitg他による「Applid Physics Letter27巻
第４号241頁（1975）〕では、その予想をも酸性過
化物溶液（1H2SO4：8H2O2：1H2O）を使用して
メサをエツチングし、（100）配向のGaAs−
AlGaAsダブルヘテロ構造（DH）ウエーハを形
成することにより略々実現させた。平行に対向し
たメサ壁が（100）結晶面に垂直になるように形
成され、フアブリーペローキヤビテイ共振
（Fabry−Perot cavity resonator）を画成した。
9100オングストロームの放射光はミラーを通過
し、メサ付近に成長した厚いGaAs導波路層に結
合される。著しい進歩がR.A.Logan他〔米国特
許第4136328等（1979）〕によりなされた。彼等は
下の導波路層の中にレーザ光を結合させるため、
共振軸に対し（垂直にするよりもむしろ）傾斜し
ているAlGaAsDHレーザ鏡面を作ることの有用
性を認めた。鏡面は111結晶面であり、そのレー
ザ鏡面は110結晶方向にレーザを配向させ、そし
て活性層を過酸化水素（H2O2を含むH2O、PH〜
７）にひたすことにより形成された。
Semiconductor、第４巻ページ515、1970〕は、
エツチング鏡面が（100）の配向のGaAsホモ接
合レーザの上に、過酸化物−アルカリ溶液
（H2O2及びNaOH）によるエツチングによつてつ
くることができることを示し、そしてそのような
レーザがインテグレーテツド、オプテイクスの分
野に応用されることを予想した。後にC.E.
Hurwitg他による「Applid Physics Letter27巻
第４号241頁（1975）〕では、その予想をも酸性過
化物溶液（1H2SO4：8H2O2：1H2O）を使用して
メサをエツチングし、（100）配向のGaAs−
AlGaAsダブルヘテロ構造（DH）ウエーハを形
成することにより略々実現させた。平行に対向し
たメサ壁が（100）結晶面に垂直になるように形
成され、フアブリーペローキヤビテイ共振
（Fabry−Perot cavity resonator）を画成した。
9100オングストロームの放射光はミラーを通過
し、メサ付近に成長した厚いGaAs導波路層に結
合される。著しい進歩がR.A.Logan他〔米国特
許第4136328等（1979）〕によりなされた。彼等は
下の導波路層の中にレーザ光を結合させるため、
共振軸に対し（垂直にするよりもむしろ）傾斜し
ているAlGaAsDHレーザ鏡面を作ることの有用
性を認めた。鏡面は111結晶面であり、そのレー
ザ鏡面は110結晶方向にレーザを配向させ、そし
て活性層を過酸化水素（H2O2を含むH2O、PH〜
７）にひたすことにより形成された。
Dobkin他はいかにしてそれらのレーザにエツ
チング工程用マスクを施したかは明確にしていな
いが、Hurwitz他は直角のメサを画成するための
フオトリソグラフイによつて画成された熱分解
SiO2マスクを使用した。第１図に描かれている
ように、スパツタされたCr−Auコンタクトはメ
サの頭部で同一の広がりをもつように形成され
た。対称的に、Lagan他〔第５欄、第１行以下〕
では標準的フオトリソグラフイを使用し、直角の
レジストパターンを予じめ蒸着したAuコンタク
ト層の上に形成した。次のエツチングでは図にお
いて示されているようにコンタクト層２４と２６
とをアンダーカツトした。
チング工程用マスクを施したかは明確にしていな
いが、Hurwitz他は直角のメサを画成するための
フオトリソグラフイによつて画成された熱分解
SiO2マスクを使用した。第１図に描かれている
ように、スパツタされたCr−Auコンタクトはメ
サの頭部で同一の広がりをもつように形成され
た。対称的に、Lagan他〔第５欄、第１行以下〕
では標準的フオトリソグラフイを使用し、直角の
レジストパターンを予じめ蒸着したAuコンタク
ト層の上に形成した。次のエツチングでは図にお
いて示されているようにコンタクト層２４と２６
とをアンダーカツトした。
本出願人は、−族化合物のエツチング鏡面
半導体メサ形レーザをつくるとき重要なことはメ
サの電気的コンタクトをエツチング剤にひたして
はいけないことを発見しました。さもないと、エ
ツチング剤はコンタクトをアンダーカツトする傾
向があり、そして／又はコンタクトの端を損う傾
向がある。それゆえこの問題はいくつかの単純な
方法について障害となる。その方法とは、金属コ
ンタクト自身をエツチング用マスクとして使用す
ること、又は金属コンタクトとそれと同じ広がり
を有する誘電体層（例えばフオトレジスト）とを
組合せてマスクとして用いることである。
半導体メサ形レーザをつくるとき重要なことはメ
サの電気的コンタクトをエツチング剤にひたして
はいけないことを発見しました。さもないと、エ
ツチング剤はコンタクトをアンダーカツトする傾
向があり、そして／又はコンタクトの端を損う傾
向がある。それゆえこの問題はいくつかの単純な
方法について障害となる。その方法とは、金属コ
ンタクト自身をエツチング用マスクとして使用す
ること、又は金属コンタクトとそれと同じ広がり
を有する誘電体層（例えばフオトレジスト）とを
組合せてマスクとして用いることである。
本発明の一つの視点に従うと、エツチング鏡面
形成技術を用いて半導体レーザのバツチ処理をす
ることができる。このエツチング鏡面形成技術の
一つの特徴は、メサ上のマスクの周囲周縁以内に
メサコンタクトを引つ込ませることによつてメサ
コンタクトをエツチング剤から保護する（即ち、
コンタクトの周囲の半導体表面をマスクする。）
こと、及びメサの壁面（側壁及び鏡面についてコ
ンタクトの下をアンダーカツトしないようにエツ
チング時間を制御することである。別の特徴は、
鏡面を平滑になるようエツチングし、かつ側壁よ
りも鏡面を高速でエツチングし、それによつてレ
ーザ長を独立に制御できるようにすることであ
る。好ましくは、鏡面は等方的にエツチングし、
そして側壁は結晶面に沿つて優先的にエツチング
する。
形成技術を用いて半導体レーザのバツチ処理をす
ることができる。このエツチング鏡面形成技術の
一つの特徴は、メサ上のマスクの周囲周縁以内に
メサコンタクトを引つ込ませることによつてメサ
コンタクトをエツチング剤から保護する（即ち、
コンタクトの周囲の半導体表面をマスクする。）
こと、及びメサの壁面（側壁及び鏡面についてコ
ンタクトの下をアンダーカツトしないようにエツ
チング時間を制御することである。別の特徴は、
鏡面を平滑になるようエツチングし、かつ側壁よ
りも鏡面を高速でエツチングし、それによつてレ
ーザ長を独立に制御できるようにすることであ
る。好ましくは、鏡面は等方的にエツチングし、
そして側壁は結晶面に沿つて優先的にエツチング
する。
この技術は、デイスクリートなInP−InGaAsP
DHレーザをバツチ処理するのに用いてきた。こ
のInP−InGaAsP DHレーザは波長が13μmの光
を放出し、電流密度しきい値が比較的低い。
DHレーザをバツチ処理するのに用いてきた。こ
のInP−InGaAsP DHレーザは波長が13μmの光
を放出し、電流密度しきい値が比較的低い。
さて、図面において、半導体接合レーザ１０は
単結晶基板１２と基板上にエピタキシヤル成長し
た複数の層とを含み、適切な電圧及び電流が印加
されているとき刺激放射光２４を放出できる活性
層１８を少なくとも画成する。本実施例では、レ
ーザ１０はダブルヘテロ構造（DH）をもち、レ
ーザ１０は１対の導電形の異なるクラツド層１４
及び１６と、層１４及び１６の間にかさまれそれ
らの層に本質的に格子整合した活性領域１８とか
らなる。
単結晶基板１２と基板上にエピタキシヤル成長し
た複数の層とを含み、適切な電圧及び電流が印加
されているとき刺激放射光２４を放出できる活性
層１８を少なくとも画成する。本実施例では、レ
ーザ１０はダブルヘテロ構造（DH）をもち、レ
ーザ１０は１対の導電形の異なるクラツド層１４
及び１６と、層１４及び１６の間にかさまれそれ
らの層に本質的に格子整合した活性領域１８とか
らなる。
マスク層３０と後で述べる製造工程とを使用
し、基板１２と種々の層を含むウエーハはメサと
して各々のレーザを形成するためエツチングされ
る。対向する表面２０（第１図）はそれらの層を
貫通し基板に至るまで等方的にエツチングされ、
その結果表面２０は活性領域１８に対し本質的に
垂直となり、それによりキヤビテイ共振器を形成
する。対照的に表面２２（第２図）は優先的にエ
ツチングされ、その結果表面２２はそれらの層と
ある角度をなす結晶面を形成し、それによりレー
ザの両側壁を形成する。
し、基板１２と種々の層を含むウエーハはメサと
して各々のレーザを形成するためエツチングされ
る。対向する表面２０（第１図）はそれらの層を
貫通し基板に至るまで等方的にエツチングされ、
その結果表面２０は活性領域１８に対し本質的に
垂直となり、それによりキヤビテイ共振器を形成
する。対照的に表面２２（第２図）は優先的にエ
ツチングされ、その結果表面２２はそれらの層と
ある角度をなす結晶面を形成し、それによりレー
ザの両側壁を形成する。
メタルコンタクト２６及び２８は各々基板１２
の底とメサの上部に形成される。マスク層３０
は、第１図、第２図においてコンタクト２８をカ
バーしているように表わされており、マスク層３
０は処理中にのみ使用されるのであり、そしてレ
ーザの動作又はレーザの電気的−光学的テストの
前には第３図で示されるようにマスク層３０は除
去される。そのような動作又はテストの間、しき
い値を超えた順バイアス電圧とポンピング電流と
がコンタクト２６と２８に印加され、波長λにお
いて放射光２４を発生し、その波長λは活性領域
１８の半導体材料の特徴である。このようにもし
活性領域１８がAlXGa1-XAs（０≦Ｘ≦0.4）より
なるならば、波長λは約0.9μmから0.7μmの範囲
にある。対照的にもし活性領域１８がInXGa1-X
AsYP1-Y（1.0＞Ｘ＞0.53；０＜Ｙ＜１）よりなる
ならば波長λは0.92μmから1.65μmの範囲にある。
一般的にＸとＹはこの４元化合物が本質的にInP
クラツド層及び／又は他の４元化合物に格子整合
するように選ばれる。実際に留意しなければなら
ないことは、システムを検討してレーザ１０を
種々の構成にすることができ、その構成は、例え
ば、ホモ構造、第１図乃至第３図に示されるよう
なメサDH、縞状レーザ（例えばよりせまいコン
タクト２８をもつ第２図）、R.A.Logan他による
米国特許第4190813号に記載された縞状埋込ヘテ
ロ構造、又は分離制限ヘテロ構造があり、また、
それらに限定されない。そしてこの米国特許は本
出願人へ譲渡されている。
の底とメサの上部に形成される。マスク層３０
は、第１図、第２図においてコンタクト２８をカ
バーしているように表わされており、マスク層３
０は処理中にのみ使用されるのであり、そしてレ
ーザの動作又はレーザの電気的−光学的テストの
前には第３図で示されるようにマスク層３０は除
去される。そのような動作又はテストの間、しき
い値を超えた順バイアス電圧とポンピング電流と
がコンタクト２６と２８に印加され、波長λにお
いて放射光２４を発生し、その波長λは活性領域
１８の半導体材料の特徴である。このようにもし
活性領域１８がAlXGa1-XAs（０≦Ｘ≦0.4）より
なるならば、波長λは約0.9μmから0.7μmの範囲
にある。対照的にもし活性領域１８がInXGa1-X
AsYP1-Y（1.0＞Ｘ＞0.53；０＜Ｙ＜１）よりなる
ならば波長λは0.92μmから1.65μmの範囲にある。
一般的にＸとＹはこの４元化合物が本質的にInP
クラツド層及び／又は他の４元化合物に格子整合
するように選ばれる。実際に留意しなければなら
ないことは、システムを検討してレーザ１０を
種々の構成にすることができ、その構成は、例え
ば、ホモ構造、第１図乃至第３図に示されるよう
なメサDH、縞状レーザ（例えばよりせまいコン
タクト２８をもつ第２図）、R.A.Logan他による
米国特許第4190813号に記載された縞状埋込ヘテ
ロ構造、又は分離制限ヘテロ構造があり、また、
それらに限定されない。そしてこの米国特許は本
出願人へ譲渡されている。
効果的に動作させるため、特に室温で連続波作
動させるため、レーザ１０は典型的に適切なヒー
トシンクに結合され、活性領域から熱を逃がすの
で活性領域はキヤリアのとじ込めと電気的ゲイン
を高めるため比較的薄くすることができる。実施
例ではヒートシンク（図示されていない）コンタ
クト２８に接着されるか、そうでなければ熱的又
は機械的にコンタクト２８に結合される。なぜな
らばコンタクト２８がコンタクト２６よりも活性
領域１８に近いから。）そして活性領域１８の厚
さは約0.15乃至0.5μmである。
動させるため、レーザ１０は典型的に適切なヒー
トシンクに結合され、活性領域から熱を逃がすの
で活性領域はキヤリアのとじ込めと電気的ゲイン
を高めるため比較的薄くすることができる。実施
例ではヒートシンク（図示されていない）コンタ
クト２８に接着されるか、そうでなければ熱的又
は機械的にコンタクト２８に結合される。なぜな
らばコンタクト２８がコンタクト２６よりも活性
領域１８に近いから。）そして活性領域１８の厚
さは約0.15乃至0.5μmである。
前に述べたようにエツチング鏡面レーザ１０は
へき開鏡面レーザより著しい利点をもつている。
デバイス設計の立場からレーザ長Ｌ（第１図）は
エツチング時間とマスク構造により決まり、へき
開鏡面による方法に制約されない。このように低
いしきい値電流と巾の広い縦方向モード間隔をも
つた極端に短いレーザが実現できた。対照的に製
造の立場から、例えばエツチング鏡面レーザは、
ウエーハの上に被着されるべき誘電層で同時にす
べてのレーザの上に鏡面コーテイングを形成す
る。他方、テストの立場から、デバイスの特徴
（例えば電流−電圧曲線）は、レーザがまだウエ
ーハと一体化されている間、即ち第３図に示され
るようにレーザが個々のデバイスに分離する前に
測定される。この点において１つのレーザからの
発光は「検知器」として使用される隣接したレー
ザにより検知できる。レーザ活性領域からの放射
光は、「検知器」の活性領域に直接結合（それら
の活性領域が本質的に完全にウエーハの上に整合
しているから）又は基板を通して伝送され（基板
が透明であると仮定して）コンタクト２６で反射
されることによつて間接的に結合することができ
る。後者の場合において、放射光は主として自然
放出光であるであろう。
へき開鏡面レーザより著しい利点をもつている。
デバイス設計の立場からレーザ長Ｌ（第１図）は
エツチング時間とマスク構造により決まり、へき
開鏡面による方法に制約されない。このように低
いしきい値電流と巾の広い縦方向モード間隔をも
つた極端に短いレーザが実現できた。対照的に製
造の立場から、例えばエツチング鏡面レーザは、
ウエーハの上に被着されるべき誘電層で同時にす
べてのレーザの上に鏡面コーテイングを形成す
る。他方、テストの立場から、デバイスの特徴
（例えば電流−電圧曲線）は、レーザがまだウエ
ーハと一体化されている間、即ち第３図に示され
るようにレーザが個々のデバイスに分離する前に
測定される。この点において１つのレーザからの
発光は「検知器」として使用される隣接したレー
ザにより検知できる。レーザ活性領域からの放射
光は、「検知器」の活性領域に直接結合（それら
の活性領域が本質的に完全にウエーハの上に整合
しているから）又は基板を通して伝送され（基板
が透明であると仮定して）コンタクト２６で反射
されることによつて間接的に結合することができ
る。後者の場合において、放射光は主として自然
放出光であるであろう。
前述の付随した利点をもつた鏡面エツチングレ
ーザを実現するため、本発明により以下の製造処
理が採られる。−族化合物半導体ウエーハが
製作された（例えばエピタキシヤル層１４，１６
と１８は基板１２の上に成長させられた）のち、
標準的フオトリソグラフイリフトオフ（Lift
off）手法が矩形メタルコンタクト２８をウエー
ハの上部表面に画成するのに使われる。次に耐エ
ツチングマスク層が表面の上に被着され、フオト
リソグラフイが再びマスク層に開口をあけるのに
使用され、それによりその下にある半導体の表面
を露出させ、一方矩形マスク３０（第１図及び第
２図）をコンタクト２８の上にのこす。次いで適
当なエツチング剤が施されて、露出した半導体を
蝕刻し、そして所望のレーザのメサ形状、すなわ
ちエツチング鏡面表面２０とエツチングされた側
壁２２とを形成する。次いでマスク３０は取り除
かれる（第３図）。
ーザを実現するため、本発明により以下の製造処
理が採られる。−族化合物半導体ウエーハが
製作された（例えばエピタキシヤル層１４，１６
と１８は基板１２の上に成長させられた）のち、
標準的フオトリソグラフイリフトオフ（Lift
off）手法が矩形メタルコンタクト２８をウエー
ハの上部表面に画成するのに使われる。次に耐エ
ツチングマスク層が表面の上に被着され、フオト
リソグラフイが再びマスク層に開口をあけるのに
使用され、それによりその下にある半導体の表面
を露出させ、一方矩形マスク３０（第１図及び第
２図）をコンタクト２８の上にのこす。次いで適
当なエツチング剤が施されて、露出した半導体を
蝕刻し、そして所望のレーザのメサ形状、すなわ
ちエツチング鏡面表面２０とエツチングされた側
壁２２とを形成する。次いでマスク３０は取り除
かれる（第３図）。
本発明の特徴は、メタルコンタクト２８はエツ
チング剤による作用から保護されることであり、
それは第１にはマスク３０の周縁以内にコンタク
ト２８を引つ込ませること即ち、コンタクト２８
を取囲む半導体をマスクすることにより、第２に
は表面２０と２２がコンタクト２８をアンダーカ
ツトしないようにエツチング時間を制御すること
により達成される。
チング剤による作用から保護されることであり、
それは第１にはマスク３０の周縁以内にコンタク
ト２８を引つ込ませること即ち、コンタクト２８
を取囲む半導体をマスクすることにより、第２に
は表面２０と２２がコンタクト２８をアンダーカ
ツトしないようにエツチング時間を制御すること
により達成される。
もう１つの特徴は、エツチング剤及び結晶方向
の選択にあり、その結果エツチング鏡面表面２０
のエツチングは側壁２２より非常に速い速度でエ
ツチングされる。特に好ましいことは、鏡面２０
は等方性的にエツチングされ、側壁表面２２は結
晶面に沿つて優先的にエツチングされる。実施例
では、エツチング剤はBrのメタノール溶液であ
り、エピタキシヤル層は（100）結晶面の上にあ
り、共振軸は＜011＞方向に沿つており、側壁２
２は（111）面にある。
の選択にあり、その結果エツチング鏡面表面２０
のエツチングは側壁２２より非常に速い速度でエ
ツチングされる。特に好ましいことは、鏡面２０
は等方性的にエツチングされ、側壁表面２２は結
晶面に沿つて優先的にエツチングされる。実施例
では、エツチング剤はBrのメタノール溶液であ
り、エピタキシヤル層は（100）結晶面の上にあ
り、共振軸は＜011＞方向に沿つており、側壁２
２は（111）面にある。
実施例
次の実施例は、前述の技術によるIpP−
InGaAsP DHレーザの製造について説明するも
のである。特定の工程及び／又はデバイスパラメ
ータは説明のためだけに与えられており、たとえ
他のものが示されなかつたとしても、本発明の範
囲を限定するものではない。
InGaAsP DHレーザの製造について説明するも
のである。特定の工程及び／又はデバイスパラメ
ータは説明のためだけに与えられており、たとえ
他のものが示されなかつたとしても、本発明の範
囲を限定するものではない。
デイスクリートInGaAsPエツチング鏡面レー
ザの製造は、液相エピタキシイ（LPE）による
ダブルヘテロ構造ウエーハの成長で開始された。
４つの層のヘテロ構造は（100）ｎ形InP基板１
２の上にほぼ平衡なLPE技術を使つて成長させ
られた。厚さ約3μｍのｎ形InPクラツド層１４が
生長され、続いて厚さ0.3〜0.4μｍのｎ形InX
Ga1-XAsYP1-Y（ｘ72、ｙ62）活性層１８が生
長された。格子整合した活性層の成分は放射光２
４が波長λ＝1.3μｍをもつように選択された。厚
さ約1.5〜1.0μｍのＰ形のInPクラツド層１６が生
長され、続いてコンタクトに使用される厚さ約
0.3〜0.4μｍのP+−InGaAsPキツプ層１７が成長
させられる。矩形（250μｍ×125μｍ）のAuZnオ
ーミツクコンタクト２８はフオトリソグラフイツ
ク処理によりウエーハのｐ形側面の上に画成され
る。このフオトリソグラフイツク処理はプラズマ
被着したSi3N4マスクと、CF4とO2中でマスクを
プラズマエツチングすることと、AuとZnの熱蒸
着と、リフトオフ技術とを含む。コンタクト２８
の長手方向は〔０１１〕の結晶方向に整合してい
た。次に、ウエーハの基板側部は100〜125μｍま
で薄くされ、AuSnの広い範囲のコンタクト２６
は基板１２の底におかれた。厚さ1000オングスト
ロームのSi3N4エツチマスキング層はウエーハの
Ｐ形側面の上にAuZnコンタクトパツドをおおう
ようにプラズマ被着された。プラズマエツチング
を含むその後のフオトリソグラフイの工程は、
Si3N4矩形マスク３０（300μｍ×150μｍ）を直接
AuZnコンタクト２８の上に画成するのに使われ
た。Si3N4鏡面エツチングマスク（第１図）の内
側にAuZnオーミツクコンタクト２８を置き、エ
ツチング時間を制御することにより、次の鏡面エ
ツチング処理でオーミツクコンタクトが蝕刻され
るのが防止された。
ザの製造は、液相エピタキシイ（LPE）による
ダブルヘテロ構造ウエーハの成長で開始された。
４つの層のヘテロ構造は（100）ｎ形InP基板１
２の上にほぼ平衡なLPE技術を使つて成長させ
られた。厚さ約3μｍのｎ形InPクラツド層１４が
生長され、続いて厚さ0.3〜0.4μｍのｎ形InX
Ga1-XAsYP1-Y（ｘ72、ｙ62）活性層１８が生
長された。格子整合した活性層の成分は放射光２
４が波長λ＝1.3μｍをもつように選択された。厚
さ約1.5〜1.0μｍのＰ形のInPクラツド層１６が生
長され、続いてコンタクトに使用される厚さ約
0.3〜0.4μｍのP+−InGaAsPキツプ層１７が成長
させられる。矩形（250μｍ×125μｍ）のAuZnオ
ーミツクコンタクト２８はフオトリソグラフイツ
ク処理によりウエーハのｐ形側面の上に画成され
る。このフオトリソグラフイツク処理はプラズマ
被着したSi3N4マスクと、CF4とO2中でマスクを
プラズマエツチングすることと、AuとZnの熱蒸
着と、リフトオフ技術とを含む。コンタクト２８
の長手方向は〔０１１〕の結晶方向に整合してい
た。次に、ウエーハの基板側部は100〜125μｍま
で薄くされ、AuSnの広い範囲のコンタクト２６
は基板１２の底におかれた。厚さ1000オングスト
ロームのSi3N4エツチマスキング層はウエーハの
Ｐ形側面の上にAuZnコンタクトパツドをおおう
ようにプラズマ被着された。プラズマエツチング
を含むその後のフオトリソグラフイの工程は、
Si3N4矩形マスク３０（300μｍ×150μｍ）を直接
AuZnコンタクト２８の上に画成するのに使われ
た。Si3N4鏡面エツチングマスク（第１図）の内
側にAuZnオーミツクコンタクト２８を置き、エ
ツチング時間を制御することにより、次の鏡面エ
ツチング処理でオーミツクコンタクトが蝕刻され
るのが防止された。
使用される鏡面エツチング処理では、InPと
InGaAsPとの優先的エツチング特性を利用する。
本発明の１つの利点はレーザメサの側壁２２が主
として（111）Ａの遅くエツチングされる面によ
り画成されることである。それゆえレーザの側壁
のアンダーカツトはたとえあるとしても非常に小
さい。この「自己制限エツチング」特性は、鏡面
エツチング処理中のエツチングコントロールに対
する要求を実質的に軽減する。このエツチング剤
により、（111）Ａレーザ側壁２２を優先的にエツ
チングし、鏡面を構成する極端になめらかな表面
２０を等方性にエツチングする。レーザ鏡面はエ
ピタキシヤル層を貫通しそしてInP基板１２に至
るまでエツチングすることにより形成される。多
くの孤立させられたデイスクリートレーザはこの
ようにして、１つ基板の上にバツチ製造できる。
エツチングの深さにより、垂直又は垂直に近い鏡
面が形成される程度が決まる。たとえば、約４分
間エツチングすることにより、約10μｍの高さの
メサと本質的に活性層１８に対し垂直に立つた表
面２０が形成された。化学エツチング剤のすぐれ
た性質が組合されて、製造が容易となり、すぐれ
た鏡面特性が得られ、そして得られるレーザしき
い値が低くなる。
InGaAsPとの優先的エツチング特性を利用する。
本発明の１つの利点はレーザメサの側壁２２が主
として（111）Ａの遅くエツチングされる面によ
り画成されることである。それゆえレーザの側壁
のアンダーカツトはたとえあるとしても非常に小
さい。この「自己制限エツチング」特性は、鏡面
エツチング処理中のエツチングコントロールに対
する要求を実質的に軽減する。このエツチング剤
により、（111）Ａレーザ側壁２２を優先的にエツ
チングし、鏡面を構成する極端になめらかな表面
２０を等方性にエツチングする。レーザ鏡面はエ
ピタキシヤル層を貫通しそしてInP基板１２に至
るまでエツチングすることにより形成される。多
くの孤立させられたデイスクリートレーザはこの
ようにして、１つ基板の上にバツチ製造できる。
エツチングの深さにより、垂直又は垂直に近い鏡
面が形成される程度が決まる。たとえば、約４分
間エツチングすることにより、約10μｍの高さの
メサと本質的に活性層１８に対し垂直に立つた表
面２０が形成された。化学エツチング剤のすぐれ
た性質が組合されて、製造が容易となり、すぐれ
た鏡面特性が得られ、そして得られるレーザしき
い値が低くなる。
広い面積のレーザ（380μｍ×250μｍ）も同じ
ウエーハから従来のはく離技術を使用して製造さ
れた。バツチ処理エツチング鏡面レーザと従来の
製造された広い面積のレーザとの特性の比較が実
施された。
ウエーハから従来のはく離技術を使用して製造さ
れた。バツチ処理エツチング鏡面レーザと従来の
製造された広い面積のレーザとの特性の比較が実
施された。
パルス状光−電流特性が、InGaAsPエツチン
グ鏡面レーザと同じウエーハから製造された広い
面積のレーザとに対して測定された。レーザは、
１秒間に100パルスの割合で発生され100＋１秒の
持続時間をもつパルスによつて駆動された。エツ
チング鏡面レーザは3.3KA／cm2のしきい値電流密
度に相当する1.5アンペア(A)のしきい値電流をも
つた。広い面積のレーザに対するしきい値電流
は、2.7KA／cm2のしきい値電流密度に相当する
2.6Aであつた。平均しきい値電流密度4.1KA／cm2
と3.0KA／cm2がエツチング鏡面レーザと広い面積
のレーザに対して各々測定された。この結果は、
In−GaAsPエツチング鏡面レーザの平均しきい
値電流密度が同じウエーハから一般的手法により
製造された前記エツチング鏡面レーザに匹敵する
広い面積のレーザに対してわずか〜40パーセント
高いだけだつた。
グ鏡面レーザと同じウエーハから製造された広い
面積のレーザとに対して測定された。レーザは、
１秒間に100パルスの割合で発生され100＋１秒の
持続時間をもつパルスによつて駆動された。エツ
チング鏡面レーザは3.3KA／cm2のしきい値電流密
度に相当する1.5アンペア(A)のしきい値電流をも
つた。広い面積のレーザに対するしきい値電流
は、2.7KA／cm2のしきい値電流密度に相当する
2.6Aであつた。平均しきい値電流密度4.1KA／cm2
と3.0KA／cm2がエツチング鏡面レーザと広い面積
のレーザに対して各々測定された。この結果は、
In−GaAsPエツチング鏡面レーザの平均しきい
値電流密度が同じウエーハから一般的手法により
製造された前記エツチング鏡面レーザに匹敵する
広い面積のレーザに対してわずか〜40パーセント
高いだけだつた。
デイスクリートエツチング鏡面AlGaAsヘテロ
構造レーザに対する従来の結果として、Logan他
〔Jounal of Applied Physics第3503頁（1976）〕
には、へき開鏡面レーザよりわずか〜50％程高い
しきい値電流密度しか得ることができないことが
示されている。
構造レーザに対する従来の結果として、Logan他
〔Jounal of Applied Physics第3503頁（1976）〕
には、へき開鏡面レーザよりわずか〜50％程高い
しきい値電流密度しか得ることができないことが
示されている。
レーザ長の減少の結果としてのしきい値電流に
おける減少は光−電流測定からも明らかであつ
た。300μｍの長さの鏡面エツチングレーザは約
1.5Aのしきい値電流をもち、一方380μｍの長さ
のへき開鏡面レーザは2.6Aのしきい値電流をも
つた。非常に短いエツチング鏡面レーザは簡単に
製造できるから、その形状的性質を利用し、非常
に低いしきい値電流のレーザを実現するのは可能
である。縞状埋込型ヘテロ構造レーザ形状に対
し、この中に述べられたエツチング鏡面レーザに
より可能となつた短いキヤビテイ長さを応用する
ことにより、すぐれた放射特性と極めて低いしき
い値電流をもつ1.3μｍで放射しているInGaAsP
レーザをつくり得ることが可能となつた。
おける減少は光−電流測定からも明らかであつ
た。300μｍの長さの鏡面エツチングレーザは約
1.5Aのしきい値電流をもち、一方380μｍの長さ
のへき開鏡面レーザは2.6Aのしきい値電流をも
つた。非常に短いエツチング鏡面レーザは簡単に
製造できるから、その形状的性質を利用し、非常
に低いしきい値電流のレーザを実現するのは可能
である。縞状埋込型ヘテロ構造レーザ形状に対
し、この中に述べられたエツチング鏡面レーザに
より可能となつた短いキヤビテイ長さを応用する
ことにより、すぐれた放射特性と極めて低いしき
い値電流をもつ1.3μｍで放射しているInGaAsP
レーザをつくり得ることが可能となつた。
上に述べた装置は単にたくさんの可能な特定の
実施例の例示にすぎず、その実施例は本発明の原
理の応用を理解させるために出され得る。多数そ
して種々の他の装置は本発明の精神と範囲から離
れることなく当業者により本発明の原理に従つて
推考され得るということを理解されたい。特に本
実施例では鏡面エツチングマスク３０として
Si3N4を使用したが、SiO2や他の誘導体も適用で
きる。更に、Br−メタノールはレーザ鏡面をエ
ツチングするのに好ましいが、他にも適正又は必
要となるエツチング剤がある。このように本出願
人は10H2SO4：H2O2：1H2Oと60パーセントの
HClを用いた。その結果、エツチングが停止した
時、Inp−InGaAsP DHレーザ（よく知られたダ
ブル構造レーザであつて第４図に示すように、
InGaAsP活性層４２がその下の広いバンドギヤ
ツプのInGaAsP導波層４３に光学的に結合され、
これら２つのInGaAsP層４２，４３はｐ−InP層
４１とｎ−InP層４４の間にはさまれている。動
作中は活性層で発生するレーザ放射が下の導波層
に光学的に結合される。）上にエツチング鏡面が
形成された。酸性過酸化物溶液は４元化合物層を
エツチングするのに使用され、HClは２元化合物
層をエツチングするのに使用された。HClはま
ず、ｐ−InP層の頂点をエツチングするために使
われ、それから酸性過酸化物溶液がInGaAsP活
性層と導波層をエツチングするのに使われる。な
お典型的にはInGaAsP接触促進層がｐ−InP層の
頂点上で形成されるのでこの場合は酸性過酸化物
溶液がまず溶解促進層をエツチングするのに使わ
れ、これにつづいてｐ−InPをエツチングするた
めのHClが、そして終りに、InGaAsP活性層と
導波層をエツチングするための酸性過酸化物が使
われ得る。最後にHClがｎ−InP層を再びエツチ
ングするのに使われ得る。これらのエツチング剤
は鏡面を側壁より早くエツチングするが、側壁は
優先的に（111）面がエツチングされ、鏡面は等
方性的にはエツチングされない。
実施例の例示にすぎず、その実施例は本発明の原
理の応用を理解させるために出され得る。多数そ
して種々の他の装置は本発明の精神と範囲から離
れることなく当業者により本発明の原理に従つて
推考され得るということを理解されたい。特に本
実施例では鏡面エツチングマスク３０として
Si3N4を使用したが、SiO2や他の誘導体も適用で
きる。更に、Br−メタノールはレーザ鏡面をエ
ツチングするのに好ましいが、他にも適正又は必
要となるエツチング剤がある。このように本出願
人は10H2SO4：H2O2：1H2Oと60パーセントの
HClを用いた。その結果、エツチングが停止した
時、Inp−InGaAsP DHレーザ（よく知られたダ
ブル構造レーザであつて第４図に示すように、
InGaAsP活性層４２がその下の広いバンドギヤ
ツプのInGaAsP導波層４３に光学的に結合され、
これら２つのInGaAsP層４２，４３はｐ−InP層
４１とｎ−InP層４４の間にはさまれている。動
作中は活性層で発生するレーザ放射が下の導波層
に光学的に結合される。）上にエツチング鏡面が
形成された。酸性過酸化物溶液は４元化合物層を
エツチングするのに使用され、HClは２元化合物
層をエツチングするのに使用された。HClはま
ず、ｐ−InP層の頂点をエツチングするために使
われ、それから酸性過酸化物溶液がInGaAsP活
性層と導波層をエツチングするのに使われる。な
お典型的にはInGaAsP接触促進層がｐ−InP層の
頂点上で形成されるのでこの場合は酸性過酸化物
溶液がまず溶解促進層をエツチングするのに使わ
れ、これにつづいてｐ−InPをエツチングするた
めのHClが、そして終りに、InGaAsP活性層と
導波層をエツチングするための酸性過酸化物が使
われ得る。最後にHClがｎ−InP層を再びエツチ
ングするのに使われ得る。これらのエツチング剤
は鏡面を側壁より早くエツチングするが、側壁は
優先的に（111）面がエツチングされ、鏡面は等
方性的にはエツチングされない。
最後に、本出願人は、本発明の技術を使用して
前に述べた広い面積のコンタクトレーザと同じよ
うにし縞状（巾25μｍ）InP−InGaAsP DHレー
ザも製造した。それよりせまい縞（例えば8μｍ
又は12μｍ）もつくることができる。
前に述べた広い面積のコンタクトレーザと同じよ
うにし縞状（巾25μｍ）InP−InGaAsP DHレー
ザも製造した。それよりせまい縞（例えば8μｍ
又は12μｍ）もつくることができる。
第１図は本発明により製作されたエツチング鏡
面DHメサレーザの共振軸に垂直な断面図、第２
図は本発明により製作されたエツチング鏡面DH
メサレーザの共振軸に平行な断面図、第３図は本
発明の実施例によりエツチング鏡面DHメサレー
ザが製作されているウエーハの等角図、第４図は
InP−InGaAsP DHレーザの基本構造を表わす図
である。 〔主要部分の符号の説明〕 メサ…１０、半導
体本体…１２、エピタキシヤル成長層…１４，１
６，１７，１８、エツチング速度の早い表面…２
０、エツチング速度のおそい表面…２２。
面DHメサレーザの共振軸に垂直な断面図、第２
図は本発明により製作されたエツチング鏡面DH
メサレーザの共振軸に平行な断面図、第３図は本
発明の実施例によりエツチング鏡面DHメサレー
ザが製作されているウエーハの等角図、第４図は
InP−InGaAsP DHレーザの基本構造を表わす図
である。 〔主要部分の符号の説明〕 メサ…１０、半導
体本体…１２、エピタキシヤル成長層…１４，１
６，１７，１８、エツチング速度の早い表面…２
０、エツチング速度のおそい表面…２２。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体本体の主表面上に間隔をへだてた複数
の分離した導電層を形成する工程、 該導電層上に複数の耐エツチングマスクを形成
して各マスクが導電層の１つを被覆するように
し、半導体表面の重要な部分が該導電層をとり囲
むようにする工程、および メサ（例えば１０）を限定するため露出された
表面部分をエツチングしエツチング期間はメサが
該導電層をアンダーカツトしないように制御され
る工程からなる半導体本体からメサ形光電デバイ
スを製造する方法において 該メサは各々向いあつた側壁の第１および第２
の対をもち、該エツチング剤が該第２の対よりも
速い速度で第１の対をエツチングすることを特徴
とする半導体本体からメサ形光電デバイスを製造
する方法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の製造方法にお
いて、前記エツチング工程ののち、前記マスクが
前記導電層からとり除かれることを特徴とする半
導体本体からメサ形光電デバイスを製造する方
法。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の製造方法にお
いて、前記エツチング剤が前記第１の対を等方性
的にエツチングし、前記第２の対を結晶面にそつ
て優先的にエツチングすることを特徴とする半導
体本体からメサ形光電デバイスを製造する方法。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載の製造方法にお
いて、前記本体が−族化合物よりなり、前記
主表面が結晶面（100）であり、前記エツチング
剤が前記の第２の対の側壁を結晶面（111）に沿
つて優先的にエツチングすることを特徴とする半
導体本体からメサ形光電デバイスを製造する方
法。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載の製造方法にお
いて、単結晶の基板の上に複数個の層をエピタキ
シヤル成長させることにより前記本体の一部を形
成する付加的な工程を含むことを特徴とする半導
体本体からメサ形光電デバイスを製造する方法。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載の製造方法にお
いて、前記層の１つは半導体レーザの活性領域よ
りなり、前記エツチング工程は、前記第１の対の
側壁をエツチングし該側壁を前記活性層に本質的
に垂直にしそれによつて結晶方向（011）に沿つ
て空胴共振器を形成するのに有効であることを特
徴とする半導体本体からメサ形光電デバイスを製
造する方法。 ７ 特許請求の範囲第６項に記載の製造方法にお
いて、前記成長工程は、InPとInGaAsPとから成
る層をエピタキシヤル成長させる過程を含み、前
記活性層がInGaAsPよりなることを特徴とする
半導体本体からメサ形光電デバイスを製造する方
法。 ８ 特許請求の範囲第４項、第５項、第６項又は
第７項に記載の製造方法において、前記エツチン
グ剤はBrのメタノール溶液よりなることを特徴
とする半導体本体からメサ形光電デバイスを製造
する方法。 ９ 特許請求の範囲第１項に記載の製造方法にお
いて、前記半導体本体は、InPおよびInGaAsPか
らなる層を含み、前記エツチング工程は前記InP
層をHClよるなるエツチング剤に浸す過程と、前
記InGaAsP層をH2SO4及びH2O2よりなるエツチ
ング剤に浸す過程とを含むことを特徴とする半導
体本体からメサ形光電デバイスを製造する方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/135,643 US4276098A (en) | 1980-03-31 | 1980-03-31 | Batch processing of semiconductor devices |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56152290A JPS56152290A (en) | 1981-11-25 |
| JPH0152913B2 true JPH0152913B2 (ja) | 1989-11-10 |
Family
ID=22468991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4660081A Granted JPS56152290A (en) | 1980-03-31 | 1981-03-31 | Method of manufacturing mesa device from semiconductor body |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4276098A (ja) |
| JP (1) | JPS56152290A (ja) |
| CA (1) | CA1151775A (ja) |
| DE (1) | DE3112881A1 (ja) |
| GB (1) | GB2072946B (ja) |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1980
- 1980-03-31 US US06/135,643 patent/US4276098A/en not_active Expired - Lifetime
-
1981
- 1981-02-17 CA CA000371072A patent/CA1151775A/en not_active Expired
- 1981-03-25 GB GB8109372A patent/GB2072946B/en not_active Expired
- 1981-03-31 DE DE19813112881 patent/DE3112881A1/de active Granted
- 1981-03-31 JP JP4660081A patent/JPS56152290A/ja active Granted
Patent Citations (4)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2072946A (en) | 1981-10-07 |
| DE3112881C2 (ja) | 1992-11-05 |
| CA1151775A (en) | 1983-08-09 |
| DE3112881A1 (de) | 1982-01-07 |
| US4276098A (en) | 1981-06-30 |
| JPS56152290A (en) | 1981-11-25 |
| GB2072946B (en) | 1983-11-16 |
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