JPH0378273A - 半導体レーザの製造方法 - 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、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ＩＩ−ＶＩ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、
Ｚｎ５ｅ薄膜層で埋め込まれた、ＡＩ　ＧａＡｓ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、ストライプ状に
露出している。

従来技術では、まず半導体基板全面にｍ−ＶＩ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■−■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１ｌ−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、従ズ技術により、ｍ−
ｖ族化合物半導体であるＧａＡｓ基板上にｎ−ｖｔ族化
合物半導体のＺｎ５ｅを形成し、ＺｎＳ　ｅ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し半
導体レーザ動作時に、良好な放熱特性を確保することは
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ｎ−ｖｔ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、誘電体膜をマス
クとして前記光導波路を形成する工程と、前記誘電体膜
を残したまま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ツチング法によりエツチング
を行う工程と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　［！、５Ｇ　ａ　［１，５Ａ　Ｓ
クラッド層１０３．０．１μｍ厚のノンドープＡ１［１
，１５Ｇ　ａ　１１．ｓｓＡ　ｓ活性層１０４．１．５
μｍ厚のｐ型Ａ　ｌ　ｌ！、６Ｇ　ａ　１１．ｓＡ　ｓ
クラッド層１０５．０゜５μｍ厚のｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層１０６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Ｄ）（基板を、
通常のフォトリソグラフィー工程を経て誘電体膜例えば
二酸化シリコン等のエツチングマスク１０７を形成して
、このエツチングマスクを用いてｐ型りラッド屓の途中
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Ｚｎ５
ｅ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Ｚｎ５ｅの膜厚は、リブ以外の
平担部ではぼリブの高さと等しくする。この際リブ領域
以外の平イ部、では単結晶Ｚｎ５ｅ１０９が誘電体膜１
０７を上部に有するリブ領域上には多結晶Ｚｎ５ｅ１０
８が成長する。（第１図（Ｃ））次にリブ上のＺｎ５ｅ
をエツチング除去した際、エツチング後の表面が平坦化
されるように、レジスト層１１０を形成する。レジスト
を塗布することでウェハ表面は、リブ領域上で多少の盛
り上がりがあるが、はぼ平坦化される。ここで、エッチ
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３０２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（Ｅ　ＣＲ）プラズマ室であり
、磁場発生用円筒ドーナッツ型コイル３０５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と一致し、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。ＥＣ
Ｒプラズマ室３０４で発生したイオンは、メツシュ状の
引出し電極部３０７で加速され、試料３０８に照射され
るエツチングが進行する。

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、ＺｎＳ　ｅ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（ｑ半導体レーザ表面は
、平担化される。

加えて誘電体膜からなるエツチングマスク１０７のＲＩ
　ＢＥによるエツチング速度はＺｎ５ｅおよびレジスト
のエツチング速度より格段に遅いため前ご己エツチング
マスク１０７は、ＲＩＢＥＩこよるエツチング時にエツ
チングストップ層として機能し、エツチングの再現性、
平坦化の再現性確保に有効である。

第１図（ｅ）は、ＲＩＢＥ終了後、Ｐ型電極１１１およ
びＮ型電極１１２を形成し、何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１１１から注入された電流はリブに集中して流
れ、Ｚｎ５ｅ層は完全な電流狭窄層となっている。加え
てＺｎ５ｅ層は、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。

本発明び第二の実施例として、埋め込み（Ｂ　Ｈ）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、実施例１
と同様の方法により誘電体膜からなるエツチングマスク
２０１を用いてｎ型ＧａＡｓ基板まで基板のエツチング
を行い、リブを形成する。　（第２図（ｂ））　第２図
（ｃ）はＺｎＳ　ｅの埋め込みをＭＯＣＶＤ法により行
い、レジストを塗布しベーキングを実施した後の断面図
である。ＺｎＳ　ｅの成長後は実施例工と同様に、リブ
領域以外の平坦部上には単結晶Ｚｎ５ｅ２０３がリブ領
域上には多結晶Ｚｎ５ｅ２０２が成長する。

第２図（ｄ）はＲＩＢＥ法によりエツチングを行ない、
リブ上のＺｎ５ｅの除去した後の断面図である。

この後、も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■−■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７．　ｎｓ　　ＣｄｓＨｇなどの
■族と、ｓ、、ｓｅＳ　ＴｅＳ　ｏなどノ■族との組合
せによる薄膜にも適用できる。特にＡｌＧａＡｓクラ・
Ｉド層に格子整合したＺｎ５ｘＳｅ＋−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。　　また、マスクの材質
としては二酸化シリコンの他に、窒化けい素、アルミナ
などの絶縁体、タングステン、モリブデンなどの金属な
ども使用可能である。

加えて、本発明によるＬＤは、ＡｌＧａＡｓ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ＬＯＧ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ＧＲＩ　Ｎ−５ＣＨ
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］ 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、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導
体の特性を十分生か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ＩＩ−Ｖ
Ｉ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、
る歩、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）更にリブ領域上部にＲＩＢＥ時にエツチング速度
の極めて遅い誘電体膜を残存させた製造方法であるので
、前記エツチングマスクはＲＩ　ＢＥによるエツチング
時にエツチングストップ層として機能し、製造の再現性
向上に効果があり、かつ半導体レーザ表面の平坦化がよ
り容易に、確実に実現される。

（３）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。

（４）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
ヂ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　ｅ、５Ｇ　ａ　６，５Ａ　ｓクラッド層１
０４−　Ａ　ｌ　ａ、＋ｓＧ　ａ　１１．ｓｓＡ　ｓ活
性層１ｏｓ　・・−ｐ型Ａ　１　ｓ、ｓＧ　ａ　ａ、ｓ
Ａ　ｓクラッド層１０６・・・ｐ型ＧａＡｓコンタクト
層１０７、２０１・・・エツチングマスク１０８．２０
２，４０１　・・−Ｚ　ｎ　Ｓ　ｅ１０９、２０３・・
・　レジスト層 １１０・・・ｎ型電極 １１１・・・ｎ型電極 ３０１・・・試料準備室 ３０２・・・エツチング室 ３０３・・・ゲートバルブ ３０４・・・ＥＣＲプラズマ発生室 ３０５・・・痔筒ドーナツコイル ３０６・・・マイクロ波導波管 ３０７・・・引出し電極 ３０８・・・試料 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、
   誘電体膜をマスクとして前記光導波路を形成する工程と
   、前記誘電体膜を残したまま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。