JPH0378272A

JPH0378272A - 半導体レーザの製造方法

Info

Publication number: JPH0378272A
Application number: JP21442189A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Tsunekawa; 吉文恒川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1989-08-21
Filing date: 1989-08-21
Publication date: 1991-04-03

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、半導体レーザの製造方法に関する。

［従来技術］セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｅＳ）など、
およびこれらの混晶より成る■−■族化合物半導体は、
広い禁制帯、高比抵抗、低屈折率といった、他の材料系
にはない特長を有しており、これらの特長を生かして、
例えばＺｎＳ　ｅ薄膜は、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ
素子の電流狭窄層及び光閉じ込め層として利用されてい
る。第４図は、岩野らにより応物学会講演予稿集（昭和
６２年春期、２８ｐ−ＺＨ−８）に発表された、Ｚｎ５
ｅ薄膜層で埋め込まれた、ＡｌＧａＡｓ半導体レーザ素
子の構造断面図を示している。リブ状の光導波路（以下
リブと記す。）を埋め込むようにＺｎ５ｅ薄膜層４０１
が形成されている。またリブ上面は電極を形成するため
に、Ｚｎ５ｅ薄膜層を除去し、ストライブ状に露出して
いる。

従来技術では、まず半導体基板全面にｎ−ｖｒ族化合物
半導体を積層させ、次にフォトリソグラフィ工程により
、フォトレジストなどをマスクとして、取り除きたい部
分のｎ−ｖｒ族化合物半導体装置ウェットエツチング技
術により除去していた。エツチング液として主に用いら
れているのは、水酸化ナトリウム水溶液、塩酸、硝酸−
塩酸−水の混合液が挙げられる。

［発明が解決しようとする課題］しかし、前述のウェットエツチング技術によるＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体の加工には、以下の問題がある。

ウェットエツチング技術一般の問題として、再現性にか
けることが挙げられる。温度、エツチング液の組成など
をかなり厳密にコントロールしなければ一定したエツチ
ング速度が得られない。例えば、従来技術により、ｍ−
ｖ族化合物半導体であるＧａＡｓ基板上にＩＩ−ＶＩ族
化合物半導体のＺｎ５ｅを形成し、Ｚｎ５ｅを硝酸−塩
酸−水のエツチング液で除去する場合、硝酸−塩酸−水
のエツチング液により、ＧａＡＳもエツチングされてし
まうため、エツチング速度が制御できなければ、Ｚｎ５
ｅだけをエツチング除去することは非常にむずかしい。

また、ＮａＯＨ水溶液でエツチングを行う場合、表面モ
ホロジーが極端に悪化してしまう問題がある。加えて、
以上のような理由により半導体レーザ表面を平坦化する
ことは困難である。

そこで本発明は、これらの課題を解決するもので、その
目的とするところは、再現性、信頼性に優れかつ平坦性
のよいＩＩ−ＶＩ族化合物半導体埋め込み半導体レーザ
の製造方法を提供するところにある。

［課題を解決するための手段］本発明の半導体レーザの製造方法は、ｍ−ｖ族化合物半
導体の積層構造からなるリブ状の光導波路を有し、かつ
前記光導波路をＩＩ−ＶＩ族化合物半導体で埋め込んで
なる半導体レーザの製造方法において、前記光導波路を
形成する工程と、前記光導波路の側面及び上面をｎ　−
ＶＩ族化合物半導体で埋め込む工程と、レジストを塗布
する工程と、前記レジストをベーキングする工程と、前
記光導波路上の前記ｎ−ｖｔ族化合物半導体と前記レジ
ストを、反応性ガスのマイクロ波励起−ＥＣＲプラズマ
による反応性イオンビームエツチング法によりエツチン
グを行う工程を含むことを特徴とする。

［実　施　例］本発明の第一の実施例としてダブルへテロ接合（ＤＨ）
上部に形成されたリブを、Ｚｎ５ｅ薄膜層で埋め込み、
電流狭窄及び光閉じ込め用として用いたＺｎ５ｅ埋め込
みＡｌＧａＡｓ半導体レーザ素子の作製工程の一部を説
明する。第１図（ａ）〜（ｅ）は、第一の実施例を説明
するもので、素子の製造工程途中の基板の断面概略図で
ある。

（１００）面方位のｎ型ＧａＡｓ基板板１０１上に０．
　５μｍ厚のｎ型ＧａＡｓバッファー層１０２．１．５
μｍ厚のｎ型Ａ　１　ｅ、ｓＧ　ａ　１１．５Ａ　Ｓク
ラッド層１０３．０．１μｍ厚のノンドープＡ１ｅ、＋
ｓＧ　ａ　ｅ、６５Ａ　ｓ活性層１０４．１．５μｍ厚
のｐ型Ａ　１　ｓ、ｓＧ　ａ　［］、５Ａ　Ｓクラッド
層１０５．０゜５μｍ厚のｐ型ＧａＡｓコンタクト層１
０６を順次積層したＤＨ構造を有する基板を準備する。

　（第１図（ａ））　次にそのＤＨ基板を、レジスト等
のエツチングマスク１０７を用いて、ｐ型クラッド層の
途中まで基板のエツチングを行い、リブを形成する。　
（第１図（ｂ））　続いてこのリブを埋め込むためにＺ
ｎ５ｅ１０８のエピタキシャル成長をおこなう。有機金
属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）などによりエピタキシャ
ル成長を行うことができる。ここでＺｎ５ｅ１０８の膜
厚は、はぼリブの高さと等しくする。　（第１図（Ｃ）
）次にリブ上のＺｎ５ｅ１０８をエツチング除去するた
めに、レジスト層１０９を形成する。レジストを塗布す
ることでウェハ表面は、リブ領域で多少の盛り上がりが
あるが、はぼ平坦化される。

ここで、エツチングは、反応性イオンビームエツチング
法（ＲＩＢＥ）を用いて行う。以下、本発明に用いたエ
ツチング装置について説明する。第３図には、本実施例
に用いた反応性イオンビームエツチング装置の構成概略
断面図を示す。反応性の強いハロゲン元素を含むガスを
用いるため、装置は試料準備室３０１とエツチング室３
０２とがゲートバルブ３０３により分離された構造とし
、エツチング室３０２は、常に高真空状態に保たれてい
る。３０４は電子・サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラ
ズマ室であり、磁場発生用円筒ドーナッツ型コイル３０
５で囲まれている。３０６はマイクロ波導波管であり、
マイクロ波で電離・発生した電子は、軸対称磁場により
サイクロトロン運動を行いながら、ガスと衝突を繰り返
す。この回転周期は、磁場強度が、例えば８７５ガウス
の時、マイクロ波の周波数、例えば２．４５ＧＨｚと−
致し、電子系は共鳴的にマイクロ波のエネルギーを吸収
する。このため、低いガス圧でも放電が持続し、高いプ
ラズマ密度が得られ、反応性ガスが長寿命で使用できる
。さらに、中心部での高い電界分布により、電子・イオ
ンが中心部に集束するので、イオンによるプラズマ室側
壁のスパッタ効果が小さいため、高清浄なプラズマが得
られる。

ＥＣＲプラズマ室３０４で発生したイオンは、メソシュ
状の引出し電極部３０７で加速され、試料３０８に照射
される。

エツチング終了後残存するレジストを除去した後の断面
図を第１図（ｄ）に示す。ＲＩＢＥ法によるエツチング
においては、エツチング速度は、Ｚｎ５ｅの方がレジス
トよりも速いので、レジストの膜厚を適当に選択するこ
とで第１図（ｄ）に示すように半導体レーザ表面は、平
担化される。

第１図（ｅ）は、ＲＩＢＥ終了後、Ｐ型電極１１０およ
びＮ型電極１１１を形成し、襞間して得られた半導体レ
ーザ素子の断面図である。

Ｚｎ５ｅ層は高抵抗（＞１０５Ω−ｃｍ）であるため、
Ｐ型電極１１０から注入された電流はリブに集中して流
れ、Ｚｎ５ｅ層１０８は完全な電流狭窄層となっている
。加えてＺｎＳｅＭは、いかなるＡｌ混晶比ＸのＡ　Ｉ
　、Ｇ　ａ　１−、Ａ　ｓよりも低屈折率であるので、
光の閉じ込めに対しても有効に作用する。

さらに本発明の製造方法を実施することでセルファライ
ンに半導体レーザの製造が可能となる。

本発明の第二の実施例として、埋め込み（ＢＨ）型半導
体レーザ素子について説明する。

第２図（ａ）〜（ｄ）は第二の実施例を説明するもので
、ＢＨ型半導体レーザ素子の製造工程途中の基板の断面
概略図である。製造工程の流れは、第１図の第一の実施
例で説明したものと同じである。ＤＨ構造を有する基板
を準備しく第２図（ａ））、そのＤＨ基板を、フォトエ
ツチング法によりｎ型ＧａＡｓ基板までエツチングマス
ク２０１を形成して基板のエツチングを行い、リブを形
成する。第２図（ｃ）はＺｎ５ｅ２０２の埋め込みをＭ
ＯＣＶＤ法により行い、レジスト層２０３を塗布しベー
キングを実施した後の断面図である。

第２図（ｄ）はＲＩＢＥ法によりエツチングを行ない、
リブ上のＺｎ５ｅ２０２の除去した後の断面図である。

この後、残存したレジストを除去し、Ｐ型電極およびＮ
型電極を形成すれば、半導体レーザ素子が得られる。第
１図の半導体レーザ素子と同様に、素子特性は向上し、
特性のばらつきも大幅に減少した。

以上の実施例においては特定のｎ−ＶＩ族化合物半導体
を取り上げたが、本発明の適用はこの範囲にとどまらな
い。すなわち、本発明はＺ　ｎ　ｓ　　Ｃｄ　ｓＨｇな
どの■族と、Ｓ、　　Ｓｅ、　　Ｔｅ、　　Ｏなどの■
族との組合せによる薄膜にも適用できる。特にＡＩ　Ｇ
ａＡｓクラッド層に格子整合したＺｎＳｘＳｅ１−ｘは
、活性領域へのストレスの影響が、きわめて少なくなり
素子の高性能化、高信頼化に有効である。

加えて、本発明によるＬＤは、ＡＩ　ＧａＡｓ系以外の
レーザ材料例えばＩｎＧａＡｓＰ系、ＩｎＧａＰ系の材
料に対しても同様に適用できる。またＬＤの構造として
は、実施例で示した３層導波路を基本にするものに限ら
ず、活性層の片側に隣接して光ガイド層を設けたＬＯＣ
構造や、活性層の両側にそれぞれ隣接して光ガイド層を
設けたＳＣＨ構造及びこれらの光ガイド層の屈折率及び
禁制帯幅が、膜厚方向に分布しているＧＲＩＮ−３ＣＨ
構造などに対しても同様に適用することができる。更に
活性層が量子井戸構造をしているものに対しても有効で
ある。また実施例において各層の導電型をすべて反対に
した構造（ｐをｎに、ｎをｐに置き換えた構造）におい
ても同様の効果が得られる。

［発明の効果コ本発明の半導体レーザの製造方法には、以下に述べるよ
うな格別な発明の効果を有し、ｎ−ＶＩ族化合物半導体
の特性を十分少がした半導体レーザの作製が可能となる
。

（１）ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の除去工程をｎ−ＶＩ
族化合物半導体とレジストのエツチング速度の差を利用
したＲＩＢＥ法により行うことで、工程が簡素化し、歩
留りが高く、再現性のよい半導体レーザがセルファライ
ンに作製でき、かつ表面の平坦化が実現できる。

（２）ドライプロセスによりＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
のエツチングを行うため、従来のウェットプロセスに比
べ、制御性、再現性が格段によい。

（３）特にＩＩ−ＶＩ族化合物半導体のウェットエツチ
ングで問題となる、エツチング液の素子内部へのしみ込
みによる素子の劣化、破壊が皆無となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第一の実施例を説明
する半導体レーザの工程断面図。第２図（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第二の実施例を説明
する半導体レーザの工程断面図。第３図は本発明の実施例に用いたエツチング装置の構成
概略断面図。第４図は、従来の方法により作製した半導体レーザの構
造断面図。１０１−−−　ｎ型ＧａＡｓ基板１０２・・・ｎ型ＧａＡｓバッファー層１０３−・・ｎ
型Ａ　ｌ　１１．ｓＧ　ａ　ｌＩ、ｓＡ　ｓクラッド層
１０４−＝　Ａ　１　ｅ、＋ｓＧ　ａ　ｅ、ｇ５Ａ　ｓ
活性層１０５・・・ｐ型Ａ　１１１．ｓＧ　ａ　ｓ、ｓ
Ａ　ｓクラッド層１０６・・・ｐ型ＧａＡｓコンタクト
層１０７２０１・・・エツチングマスク１０８．２０２．４０１−・・Ｚ　ｎ　Ｓ　ｅ１０９、
２０３・・・レジスト層１１０・・・ｐ型電極１１１・・・ｎ型電極０１０２０３０４０５０６０７０８試料準備室エツチング室ゲートバルブＥＣＲプラズマ発生室円筒ドーナツコイルマイクロ波導波管引出し電極試料以上

Claims

【特許請求の範囲】

III−Ｖ族化合物半導体の積層構造からなるリブ状の光
導波路を有し、かつ前記光導波路をII−VI族化合物半導
体で埋め込んでなる半導体レーザの製造方法において、
前記光導波路を形成する工程と、前記光導波路の側面及
び上面をII−VI族化合物半導体で埋め込む工程と、レジ
ストを塗布する工程と、前記レジストをベーキングする
工程と、前記光導波路上の前記II−VI族化合物半導体と
前記レジストを、反応性ガスのマイクロ波励起−ＥＣＲ
プラズマによる反応性イオンビームエッチング法により
エッチングを行う工程とを含むことを特徴とする半導体
レーザの製造方法。