JPH0276284A - 半導体レーザ製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光通信、光計測等の光源となる半導体レーザの
製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

光電子集積回路は光デバイスとその周辺の電子回路を同
一基板上に集積することで配線などによる寄生容量、寄
生インダクタンス等を低減して光デバイスをより高速に
動作させることができるだけでなく、集積化による装置
の小型化、高倍転性化等が行なえるなどの利点があり各
方面で研究開発が行なわれている。しかし光デバイスと
電子デバイスを集積化するには構造の違い等による製造
上の制約が種々存在する。特に光通信、光計測等の光源
となる半導体レーザは原理上共振器面を必要とするため
その成形方法が問題となる。従来単体の半導体レーザの
場合には結晶のへき開により共振器面が得られていたが
光電子集積回路ではチップの長さが半導体レーザの共振
器長で制限されるとともに配線パターンが制限されるた
め複数の半導体レーザを集積することができなかった。

そのためへき開基外の方法で共振器面を形成する必要が
生じエツチングによる方法が行なわれてきている。エツ
チングによる共振器面形成法にはウェットエンチングに
よるものとイオンによる反応またはスパッタリングを用
いるドライエンチングがあるが制御性、微細加工性の点
で後者が注目されている。そのドライエツチングにより
端面（共振蓋面）を形成する従来の半導体レーザの製造
方法を第１１図ないし第２０図に基づいて説明する。

まずｎ型１ｎＰよりなる基板１の（１００）面上に、ｎ
型１ｎＰよりなるバッファ層２、アンドープＩｎｏ、ｙ
ｉＧａｏ、ｚ４ＡＳｏ、５ａＰｏ、４ｍよりなる活性層
３、Ｐ型１ｎＰよりなるクラッドＮ４を順次結晶成長さ
せ、第１１図に示すようなウェーハ５を製作する。さら
に第１２図に示すように前記クラッド層４の上に５ｉｆ
ｔ膜を堆積させフォトリソグラフィにより＜ＯＩ　Ｔ＞
方向にＳ　ｉ　Ｏ！膜のストライプ６を形成し、これを
マスクとしてＢｒ−メタノール溶液によりバッファ層２
までエツチングを行ない、第１３図に示すような逆メサ
状のダブルへテロ構造７ａを形成する０次いで第１４図
に示すように該逆メサ状のダブルへテロ構造７ａのエツ
チングした部分にｐ型１ｎＰ層８、ｎ型ＩｎＰ層９、ｐ
型１ｎＰＪｉｌＯを順次埋め込み電流狭窄層１１を形成
し、マスクとなったＳｉＯ□膜のストライプ６をＢＨＦ
によりドライエツチングして除去することにより第１４
図に示すような埋込型のダブルへテロ構造７を得る。次
いで第１５図及び第１６図に示すように前記埋込型のダ
ブルへテロ構造７の両面に前記活性層３の長手方向と直
角の方向（＜０１１＞方向）に所望の幅をもち、長手方
向（＜ＯＩＴ＞方向）に所望の長さをもつ複数の電極２
５を幅方向、長さ方向共に所望の間隔をあけて前記活性
層３上に沿って形成する０次いで第１７図に示すように
前記埋込型のダブルへテロ構造７のクラッド層４側の面
にレジストを塗布焼成して厚膜レジスト１６を形成し、
さらにその上に第２のＳｉｎ、膜１７を堆積させ、前記
活性層３の長手方向に隣り合う電極２５と電極２５の間
に所望の幅をもち、前記活性層３の長手方向と直角の方
向（＜０１１＞方向）に所望の長さをもつ第３の窓１８
を、その長さのほぼ中央を前記活性層３が通過するよう
にフォトリソグラフィにより形成する０次いで第１８図
に示すように前記第３の窓１８から基板面（（１００）
面〕に垂直に酸素イオンビームを入射させて厚膜レジス
ト１６に基板面（（１００）面〕に垂直な側壁１９をも
つ第４の窓２０を形成した後第２のＳｉｎ、膜１７をＣ
Ｆ、ガスによりドライエツチングして除去する。次いで
基板温度を室温付近に保ち基板面Ｃ（１００）面〕に垂
直な軸を中心にして基板を回転させながら基板面（（１
００）面〕に対して所望の入射角度をつけて塩素イオン
ビームを第４の窓２０に入射させると第１９図に示すよ
うに基板面（、（１００）面］に垂直で滑らかな端面（
共振器面）２３をもち、かつ、端面下部にテーパ状のす
そを有する溝穴２１ａを得ることができる。

最後に溝穴２１ａに沿って切断することにより第２０図
に示すような半導体レーザをつくることができる。また
この溝穴２１ａを切断せずに同一のチップ内に複数の半
導体レーザを集積することも可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の方法はイオンビームを基板面（（１００）面〕に
対して所望の入射角度をつけて入射させるため結晶の面
方位に依存せずに基板面（（１００）面）に垂直で滑ら
かな端面（共振器面）を得ることができるが第２０図に
示すように端面下部にテーパ状のすそが生じる。またレ
ーザ光の遠視野像の乱れを防ぐために前記活性層３の端
面２３から出射されたレーザ光が前記溝穴２１ａの底面
で反射しない程度に溝穴２１ａの深さを深くする必要が
ある。第２１図において端面２３から溝穴２１ａの切断
箇所までの距離をＸ、活性層３から溝穴２１ａの底面ま
での距離をｙル−ザ光の拡がり角をθよとするとｙ＞ｘ
Ｘｔａｎ　（θよ／２）なる条件が必要となる０例えば
ｘ＝１０μｍ、θエーロ０°とするとｙ＞５．７μｍと
なり埋込型のダブルへテロ構造７の上面から活性層３ま
での距離を約５μｍとすると溝穴２１ａの深さは約１２
μｍ以上必要となる。従って溝穴の深さに対する垂直部
分の長さの割合は約４０％と小さく、例えば埋込型のダ
ブルへテロ構造７の上面から約５μｍ下に位置する活性
層３まで垂直で滑らかな端面を形成するために室温で約
２時間のエツチング時間がかかっていた。一方１ｎＰの
エツチングレートは第２２図に示すように原理上高温に
なるほど増加するので高温でエツチングを行なえば厚膜
レジストのかわりに５ｉＯｚ膜をマスクした場合でも十
分深い溝穴を短い時間で得ることができるがその断面形
状は温度により変化し端面の表面状態は荒れたものとな
ってしまう。

本発明の目的は従来の方法で得ていた垂直で滑らかな端
面と同等の表面状態をもつ端面を従来よりも短い時間で
得ることのできる半導体レーザの製造方法を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
、基板上に形成されたストライプ状の活性層と直交する
ように前記活性層およびその下の基板の一部をエツチン
グにより除去し、残された活性層の端面に共振器面を形
成する半導体レーザの製造方法において、始めに前記エ
ツチング部分を高エツチングレートにより逆メサ状にエ
ンチングし、次いで低エツチングレートにより基板に垂
直にエツチングすることを特徴とするものである。

〔作用〕

従来長さ方向の電極と電極との間に所望の１福をもち前
記活性層の長手方向と直角の方向に所望の長さをもつ部
分に低エツチングレートにより基板面に垂直で滑らかな
端面を形成していたかわりにまず高エツチングレートに
より逆メサ状の溝穴を高速度で形成しその後低エツチン
グレートにより逆メサ状の溝穴のエツジ部分を基板面に
垂直で滑らかな端面に仕上げる方法としたため結果的に
垂直で滑らかな端面を短い時間でつくることができる。

〔実施例〕

以下本発明の半導体レーザの製造方法の実施例を第１図
ないし第１４図に基づいて説明する。まずキャリア濃度
がＩ　Ｘ　１０”ｃｍ−’のｎ型１ｎＰよりなる厚さ１
５０μｍの基板ｌの（１００）面上に、キャリア濃度が
５Ｘ１０”ｃｍ−３のｎ型ＩｎＰよりなる厚さ１μｍの
バッファ層２、アンドープＩ　ｎｏ、ｔａＧ　ａ　ｏ、
ｚａＡ　Ｓ　ｏ、ｓｉＰ　ｏ、ａａよりなる厚さ０．２
μｍの活性層３、キャリア濃度が１×１０”ｃｍ−’の
ｐ型１ｎＰよりなる厚さ２μｍのクラッド層４を１頓次
結晶成長させ第１Ｉ図に示すようなウェーハ５を製作す
る。さらに第１２図に示すように前記クラッド層４の上
にＳｉ０ｇ膜を２０００人堆積させフォトリソグラフィ
により＜０１■〉方向に幅３μｍのＳ　ｉ　Ｏｚ膜のス
トライプ６を形成し、これをマスクとしてＢｒ−メタノ
ール溶液によりバッファ層２までエツチングを行ない第
１３図に示すような逆メサ状のダブルへテロ構造７ａを
形成する。次いで該逆メサ状のダブルへテロ構造７ａの
エツチングした部分にｐ型１ｎＰ層８、ｎ型１ｎＰｊｉ
９、ｐ型１ｎＰ層１０を順次埋め込み電流狭窄１ｉ１１
１を形成し、マスクとなったＳｉＯχ膜のストライプ６
をＣＦ、ガスによりドライエツチングして除去すること
により第１４図に示すような埋込型のダブルへテロ構造
７を得る０次いで第１図に示すようにこの上に第１の５
ｉＯ７膜１２を３０００人堆積し、該第１の５ｉ０２膜
１２に前記活性層３の長手方向と直角の方向（＜０１１
＞方向）に幅５μｍ１長手方向（く０１Ｔ〉方向）に長
さ３００１！ｍの電流狭窄用の第１の窓１３を前記活性
層３上に沿って複数個、フォトリソグラフィにより設け
る。次いで第２図に示すように幅３１０μｍのＡｕＺｎ
よりなるストライプ状のｐ型電極１４を前記活性層３の
長手方向と直角の方向（＜０１１＞方向）に長手方向（
＜ＯＩＴ＞方向）に４０μｍの間隔をあけて形成し、前
記第１の窓１３を覆う。次いで第３図及び第４図に示す
ように長手方向（〈０１丁〉方向）にとなり合うＰ型電
極１４間の前記第１のＳｉｎｇ膜１２に前記活性層３の
長手方向（＜０１１＞方向）に沿って前記第１の窓から
１５μｍ離して幅２０μｍ、前記活性層３の長手方向と
直角の方向（＜０１１＞方向）に沿って長さ２５０μｍ
の第２の窓１５をその長さのほぼ中央が前記活性層３上
にくるようにフォトリソグラフィにより設ける。

次いで第５図に示すようにその上全面に厚さ５μｍのレ
ジストを塗布して２３０°ＣＸ３０分間焼成し厚膜レジ
スト１６を形成し、さらにその上に１５００人の第２の
ＳｉＯ□膜１７を堆積させ、該第２のＳｉｎ、膜１７に
前記第２の窓１５よりも幅、長さ共に５μｍ大きい第３
の窓１８をフォトリソグラフィにより形成する。次いで
第６図に示すように前記第３の窓１８から基板面（（１
００）面］に垂直に酸素イオンビームを入射させ、前記
厚膜レジスト１６に基板面（（１００）面］に垂直な側
壁１９をもつ第４の窓２０を形成した後、前記第２のＳ
ｉｎ、膜１７をＣＦ　ａガスによりドライエンチングし
て除去する。次いで第７図に示すように第１のＳｉｎｇ
膜１２をマスクとし、基板温度を１５０　’Ｃ以上にし
て基板面（（１００）面）に垂直な軸を中心にして基板
を回転させながら基板面（（１００）面］に対して入射
角度５０゜をつけてＣｌｔイオンビームを第４の窓２０
に入射させて高エッチングレートによるエツチングを行
ない、深さ１２μｍ以上の逆メサ状の溝穴２１を形成す
る。次いで第８図に示すように厚膜レジスト１６をマス
クとし第４の窓２０に露出している逆メサ状の溝穴２１
のエツジ部分２２の上の第１のＳｉｎｇ膜１２をＣＦ４
ガスによるドライエツチングで除去し、ｐ型１ｎＰより
なるクラッド層４を露出させる。次いで第９図に示すよ
うに基板温度を室温付近に保ち、基板面（（１００）面
］に垂直な軸を中心にして、基板を回転させながら基板
面（（１００）面）に対して入射角度４０゜をつけてＣ
１，イオンビームを第４の窓２０に入射させ、低エツチ
ングレートによるエツチングを行なう、これにより前記
逆メサ状の溝穴２１のエツジ部分２２に基板面（（１０
０）面］に垂直な端面２３を形成する。その後厚膜レジ
スト１６を除去する。次いで基板１の裏面を研磨して厚
さ１１０μｍとし、前記基板１の裏面にＡ　ｎ　Ｇ　ｅ
　／　Ｎｉよりなるｎ型電極２４を形成する。

最後に逆メサ状の溝穴２１の中央で切断することにより
第１０図に示すような半導体レーザを得ることができる
。なお本実施例ではＩｎＰ系の埋込型のダブルへテロ構
造の半導体レーザを用いたがＧａＡｓ系においてもまた
他のどのような構造の半導体レーザに対しても適用可能
である。

（発明の効果） 以上説明したように本発明の製造方法は、活性層の長手
方向（＜ＯＩＴ＞方向）の電極と電極との間に所望の幅
をもち前記活性層の長手方向と直角の方向（＜０１１＞
方向）に所望の長さをもつ部分をまず高エツチングレー
トにより逆メサ状の溝穴を高速度で形成した後、低エツ
チングレートにより前記逆メサ状の溝穴のエツジ部分を
基板面に垂直で滑らかな端面に仕上げる方法であるため
従来よりも短い時間で半導体レーザを製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第９図は本発明の半導体レーザの製造方法
を示す説明図、第１０図は本発明の方法により得られた
半導体レーザの断面図、第１１図ないし第１９図は従来
の半導体レーザの製造方法を示す説明図、第２０図は従
来の方法により得られた半導体レーザの断面図、第２１
図は活性層から溝穴の底面までの距離と端面（共振器面
）から切断面までの距離の関係を示す模式図、第２２図
は基板温度に対するＩｎＰのエツチングレートを示すグ
ラフである。 １〜基板、　２〜バッファ層、　　３〜活性層、４〜ク
ラッド層、　　５〜ウエーハ、　　６〜ＳｉＯ□膜のス
トライプ、　　７ａ〜逆メサ状のダブルへテロ構造、　
７〜埋込型のダブルへテロ構造、　８〜Ｐ型１ｎＰ層、
　９〜ｎ型１ｎＰ層、　　１０〜ｐ型１ｎＰ層、　　１
１〜電流狭窄層、　　１２〜第１のＳｉｎ、膜、　１３
〜第１の窓、　　１４〜ｐ型電掻、　　１５〜第２の窓
、　　１６〜厚膜レジスト、　１７〜第２のＳｉｎ、膜
、　１８〜第３の窓、　　１９〜側壁、　２０〜第４の
窓、　２１ａ〜溝穴、　　２１〜逆メサ状の溝穴、　　
２２〜工ツジ部分、　２３〜端面、　２４〜ｎ型電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板上に形成されたストライプ状の活性層と直交するよ
   うに前記活性層およびその下の基板の一部をエッチング
   により除去し、残された活性層の端面に共振器面を形成
   する半導体レーザの製造方法において、始めに前記エッ
   チング部分を高エッチングレートにより逆メサ状にエッ
   チングし、次いで低エッチングレートにより基板に垂直
   にエッチングすることを特徴とする半導体レーザの製造
   方法。