JPH0378276A - Manufacture of semiconductor laser - Google Patents
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Abstract
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。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor laser.
[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Zn5e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
2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(以下リブと略す
)を埋め込むようにZn5e薄膜層8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
を形成せずストライブ状に露出している。この構造のよ
うに半導体基板上に選択的にZn5e薄膜層を形成した
い場合、従来技術ではまず半導体基板全面にII−VI
族化合物半導体を積層させ、次にフォトリングラフィ工
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II−VI族化合物半導体をウェットエツチン
グあるいはドライエツチング技術により除去していた。[Prior art] Zinc selenide (ZnSe), zinc sulfide (ZeS), etc.
and ■-■ group compound semiconductors consisting of these mixed crystals,
It has features that other material systems do not have, such as a wide forbidden band, high specific resistance, and low refractive index. Taking advantage of these features, Zn5e thin films, for example, can be used as current confinement layers and optical confinement layers in AlGaAs semiconductor laser devices. It is used as. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the structure of an AlGaAs semiconductor laser device embedded with a Zn5e thin film layer, which was published by Iwano et al. in the Proceedings of the Japan Society of Applied Physics (Spring 1988, 28p-ZH-8). A Zn5e thin film layer 8 is formed so as to embed a rib-shaped optical waveguide (hereinafter abbreviated as rib). Further, the upper surface of the rib is exposed in a stripe shape without forming a Zn5e thin film layer to form an electrode. When it is desired to selectively form a Zn5e thin film layer on a semiconductor substrate as in this structure, in the conventional technology, first a II-VI layer is formed on the entire surface of the semiconductor substrate.
Group compound semiconductors are laminated, and then a portion of the II-VI group compound semiconductor to be removed is removed by wet etching or dry etching using a photoresist or the like as a mask in a photolithography process.
ウェットエツチング技術においてエツチング液として主
に用いられているのは、水酸化す) IJウム水溶液、
塩酸、硝酸−塩酸一水の混合液が挙げられる。In wet etching technology, the etching solution mainly used is hydroxide (IJ) aqueous solution,
Examples include hydrochloric acid and a mixed solution of nitric acid-hydrochloric acid and water.
一方ドライエツチング技術は、平行平板電極を用いたA
r等の不活性ガスによるイオンエツチング(IE)、C
12、BCIsなどの反応性ガスによる反応性イオンエ
ツチング(RI E)、反応性イオンビームエツチング
(RIBE)が挙げられる。On the other hand, dry etching technology uses parallel plate electrodes.
Ion etching (IE) with inert gas such as r, C
12, reactive ion etching (RIE) using a reactive gas such as BCIs, and reactive ion beam etching (RIBE).
[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n−vt
族化合物半導体の加工には、以下の問題がある。[Problem to be solved by the invention] However, the n-vt by the above-mentioned wet etching technology
Processing of group compound semiconductors has the following problems.
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n−vt族化
合物半導体のZn5eを形成し、Zn5eを硝酸−塩酸
一水のエツチング液で除去する場合、硝酸−塩酸一水の
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GaAs基板
もエツチングされてしまいZn5eだけをエツチング除
去することは非常にむずかしい。A problem with wet etching technology in general is that it suffers from poor reproducibility. A constant etching rate cannot be obtained unless the temperature, composition of the etching solution, etc. are controlled very strictly. For example, according to the prior art, m-
When Zn5e, which is an n-vt group compound semiconductor, is formed on a GaAs substrate, which is a V group compound semiconductor, and the Zn5e is removed using an etching solution of nitric acid-hydrochloric acid and water, GaAs is also etched by the nitric acid-hydrochloric acid and water etching solution. Therefore, if the etching rate cannot be controlled, the GaAs substrate will also be etched, making it extremely difficult to remove only Zn5e.
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。Further, when etching is performed using an aqueous NaOH solution, there is a problem in that the surface morphology is extremely deteriorated.
一方Ar等の不活性ガスを用いたイオンエツチング技術
は物理的スパッタリングによりエツチングが進行するも
ので、エツチング速度を半導体レーザ素子作製に適した
レベルにするには、プラズマ放電パワーを強くする必要
があり、半導体層に大きなダメージを与えてしまい、半
導体レーザの特性を大きく悪化させてしまう。また原理
的に材料によるエツチング速度の差が大きくないため、
マスクを厚くする必要が生じたりして歩留りの低下を招
く原因となる。また、BCIsなどの反応性ガスを用い
たRIE法は前述のイオンエツチングに比べ化学反応に
よりエツチングが進行する因子も加わるため、半導体層
に与えるダメージは低減されるが許容される範囲のもの
ではなく、またプラズマの清浄度も低(、エツチング中
に炭素が半導体層に付着する等といった汚染の問題があ
る。On the other hand, in ion etching technology using an inert gas such as Ar, etching progresses by physical sputtering, and in order to bring the etching rate to a level suitable for manufacturing semiconductor laser devices, it is necessary to increase the plasma discharge power. , which causes great damage to the semiconductor layer and greatly deteriorates the characteristics of the semiconductor laser. In addition, since there is not a large difference in etching speed depending on the material in principle,
It becomes necessary to make the mask thicker, which causes a decrease in yield. Furthermore, compared to the aforementioned ion etching, the RIE method using a reactive gas such as BCIs also has the added factor of advancing etching due to a chemical reaction, so although the damage to the semiconductor layer is reduced, it is not within an acceptable range. Also, the cleanliness of the plasma is low (there are problems with contamination, such as carbon adhering to the semiconductor layer during etching).
またこの従来技術では異常放電が起こり易くエツチング
速度の再現性が悪いという問題点を有していた。更に前
述の炭素の付着もエツチング速度の変動に影響する。エ
ツチング速度を再現性良く制御するためにはプラズマの
安定が必要であるが、これにはArなどの不活性ガスの
混合が有効である。しかしながら不活性ガスの混合比が
大きすぎると半導体層にダメージを与えてしまうなどの
問題があり、不活性ガスの混合比の最適化が必要である
。Further, this conventional technique has the problem that abnormal discharge tends to occur and the reproducibility of the etching rate is poor. Furthermore, the aforementioned carbon adhesion also affects etching rate fluctuations. In order to control the etching rate with good reproducibility, it is necessary to stabilize the plasma, and mixing an inert gas such as Ar is effective for this purpose. However, if the mixing ratio of the inert gas is too large, there are problems such as damage to the semiconductor layer, so it is necessary to optimize the mixing ratio of the inert gas.
そこで本発明は、これらの問題点を解決するもので、そ
の目的とするところは再現性、素子特性の優れた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。Therefore, the present invention aims to solve these problems, and its purpose is to provide II-
The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor laser embedded in a group VI compound semiconductor.
[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形成する工
程と、前記光導波路をII−VI族化合物半導体で埋め
込む工程と前記■−■族化合物半導体を反応性ガスのマ
イクロ波励起−ECRブ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半導
体レーザの製造方法において、エツチングガスは少なく
ともハロゲン元素を含むガスと不活性ガスとの混合ガス
であることを特徴し、前記エツチングガスの圧力は5X
10−3Pa以上10Pa以下の範囲であることを特徴
とし、前記マイクロ波の入射出力はLOW以上1000
W以下の範囲であることを特徴とし、前記イオンビーム
を試料に引き出すための電圧は10V以上1000V以
下の範囲であることを特徴とし、前記試料のエツチング
時の温度は0℃以上350℃以下の範囲であることを特
徴とする。[Means for Solving the Problems] A method for manufacturing a semiconductor laser of the present invention includes a step of forming a rib-shaped optical waveguide made of a laminated structure of m-v group compound semiconductors, and forming the optical waveguide with a layered structure of II-VI group compound semiconductors. In a semiconductor laser manufacturing method including a step of embedding a semiconductor and a step of etching the aforementioned ■-■ group compound semiconductor by a reactive ion beam etching method using microwave excitation of a reactive gas-ECR plasma, the etching gas contains at least a halogen element. and an inert gas, and the pressure of the etching gas is 5X.
The input power of the microwave is in the range of 10-3 Pa or more and 10 Pa or less, and the input power of the microwave is LOW or more and 1000 Pa or less.
The voltage for extracting the ion beam to the sample is in the range of 10 V or more and 1000 V or less, and the temperature during etching of the sample is in the range of 0° C. or more and 350° C. or less. It is characterized by a range.
[実 施 例]
本発明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AlG
aAs半導体レーザ素子の作製工程の一部を説明する。[Example] As an example of the present invention, a rib formed on the top of a double heterojunction (DH) was buried with a Zn5e thin film layer, and Zn5e-embedded AlG was used for current confinement and optical confinement.
A part of the manufacturing process of an aAs semiconductor laser device will be explained.
第1図(a)〜(e)は、本発明の詳細な説明するもの
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1上に0. 5μ
m厚のn型GaAsバッファー層2.1.5μm厚のn
型A 1 e、sG a @、sA sクラッド層3.
0.1μm厚のノンドープA I 11.1りG a
s、ssA s活性層4.1.5μm厚のp型A 1
e、sG a s、sA sクラッド層5.0.5μm
厚のp型GaAsコンタクト層6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基板表面をレジスト7などのエツチングマスクを
用いて、p皇りラッド層6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)) 典型的なリ
ブの形状は、上部の幅が5μm1 下部が3.5μm1
高さが1. 5μmである。このリブを埋め込むため
に次にZn5e薄膜8のエピタキシャル成長をおこなう
。エピタキシャル成長は有機金属気相成長法(MOCV
D法)などにより行う。 (第1図(C)) 次にリブ
上のZn5e8をエツチング除去するためにリブ状の光
導波路上に開口を持つレジストマスク9を形成する。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12とエツチング室13
とがゲートバルブ19により分離された構造とし、エツ
チング室13は、常に高真空状態に保たれている。14
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フィル15で囲まれて
いる。16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
部での高い電解分布により、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14で発生したイオンは、メツシュ状の引出
し電極部17で加速され、試料18に照射される。サン
プルホルダー20は加熱・冷却が可能で、試料温度を一
20℃から500℃まで保持することができる。FIGS. 1(a) to 1(e) illustrate the present invention in detail, and are schematic cross-sectional views of a substrate during the manufacturing process of an element. (
100) on the n-type GaAs substrate plate 1 with a plane orientation of 0. 5μ
m-thick n-type GaAs buffer layer 2.1.5 μm-thick n
Type A 1 e, sG a @, sA s cladding layer 3.
0.1 μm thick non-doped A I 11.1 G a
s, ssA sActive layer 4.1.5 μm thick p-type A 1
e, sG a s, sA s cladding layer 5.0.5μm
A substrate having a DH structure in which thick p-type GaAs contact layers 6 are sequentially laminated is prepared. (FIG. 1(a)) Next, using an etching mask such as a resist 7, the surface of the DH substrate is etched to the middle of the p-type rad layer 6 to form ribs. (Figure 1(b)) A typical rib shape has a width of 5 μm at the top and 3.5 μm at the bottom.
The height is 1. It is 5 μm. Next, a Zn5e thin film 8 is epitaxially grown to bury this rib. Epitaxial growth is performed using metal organic chemical vapor deposition (MOCV).
D method) etc. (FIG. 1(C)) Next, in order to remove the Zn5e8 on the ribs by etching, a resist mask 9 having an opening on the rib-shaped optical waveguide is formed. Here, etching is performed using reactive ion beam etching method (
RIBE). The etching apparatus used in the present invention will be explained below. FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of the configuration of the reactive ion beam etching apparatus used in this example. Since a gas containing a highly reactive halogen element is used, the apparatus has a sample preparation chamber 12 and an etching chamber 13.
The etching chamber 13 is kept in a high vacuum state at all times. 14
is an electron-cyclotron resonance (ECR) plasma chamber, which is surrounded by a cylindrical donut-shaped fill 15 for generating a magnetic field. 16 is a microwave waveguide, in which electrons ionized and generated by microwaves repeatedly collide with gas while performing cyclotron motion due to an axially symmetrical magnetic field. This rotation period matches the microwave frequency, for example 2.45 GHz, when the magnetic field strength is, for example, 875 Gauss, and the electronic system resonantly absorbs the microwave energy. Therefore, the discharge can be sustained even at low gas pressures, high plasma density can be obtained, and the reactive gas can be used for a long time. Furthermore, the electrons and ions are focused at the center due to the high electrolytic distribution at the center, so the sputtering effect of the ions on the side walls of the plasma chamber is small, resulting in highly clean plasma. ECR
Ions generated in the plasma chamber 14 are accelerated by the mesh-like extraction electrode section 17 and irradiated onto the sample 18. The sample holder 20 can be heated and cooled, and can maintain the sample temperature from -20°C to 500°C.
本実施例ではエツチングガスとして純塩素ガスとアルゴ
ンガスの混合ガス用いた。アルゴンガスの混合比は体積
比で25%とし、ガス圧力0.1Pa、 マイクロ波入
射出力200 W、 引出し電圧400vの条件でエツ
チングを行った。この時のZn5eのエツチング速度は
700 A/分であり、リブ上のZn5e (約2μm
)のエツチングには十分実用的レベルにある。第4図(
a)、 (b)は上記エツチング条件でのエツチング前
(第4図(a))とエツチング後(第4図(b))のZ
n5e薄膜のフォトルミネッセンスを比べたものである
。バンド端発光による強度と、深い準位による発光強度
の比は、エツチング前後とも約50と変わらず、エツチ
ングによる損傷はほとんどなく、RIBHによりデバイ
スの特性を悪化させることはない。更にアルゴンガスを
混合することによりプラズマの異常放電が起こらずエツ
チング速度の再現性もバッチ間で±2%(純塩素ガスの
場合は±7%)となり安定した。また半導体表面の炭素
、塩素の付着も激減した。これはアルゴンイオンのスパ
ッタ効果によりエツチング表面に付着する炭素、塩素が
除去され反応性エツチングが進行するためである。In this example, a mixed gas of pure chlorine gas and argon gas was used as the etching gas. The mixing ratio of argon gas was 25% by volume, and etching was performed under the conditions of a gas pressure of 0.1 Pa, a microwave input power of 200 W, and an extraction voltage of 400 V. The etching rate of Zn5e at this time was 700 A/min, and the etching rate of Zn5e (approximately 2 μm
) is at a sufficiently practical level for etching. Figure 4 (
a) and (b) are Z before etching (Fig. 4(a)) and after etching (Fig. 4(b)) under the above etching conditions.
This is a comparison of the photoluminescence of n5e thin films. The ratio of the intensity due to band edge emission to the intensity due to deep level emission remains about 50 both before and after etching, and there is almost no damage due to etching, and RIBH does not deteriorate the device characteristics. Further, by mixing argon gas, abnormal plasma discharge did not occur and the reproducibility of the etching rate was stable between batches at ±2% (±7% in the case of pure chlorine gas). Also, the adhesion of carbon and chlorine on the semiconductor surface has been drastically reduced. This is because carbon and chlorine adhering to the etched surface are removed by the sputtering effect of argon ions, and reactive etching progresses.
エツチング終了時の断面図を第1図(d)に示す。A cross-sectional view after etching is completed is shown in FIG. 1(d).
第1図(e)は、RIBE終了後エツチングマスクを除
去したのち、P型電極10およびN型電極11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。FIG. 1(e) is a cross-sectional view of a semiconductor laser device obtained by removing the etching mask after RIBE, forming a P-type electrode 10 and an N-type electrode 11, and folding the resultant layer.
Zn5e層は高抵抗(10MΩ・cm)であるため、P
型電極10から注入された電流はリブに集中して流れ、
Zn5e層8は完全な電流狭窄層となっている。Since the Zn5e layer has high resistance (10MΩ・cm), P
The current injected from the mold electrode 10 flows concentratedly in the ribs,
The Zn5e layer 8 serves as a complete current confinement layer.
本発明により作製した半導体レーザは、従来のウェット
エツチング法により作製したものに比べの素子間の室温
連続発振のしきい値電流のばらつきは少なく、またしき
い値電流も低くなった。また素子の寿命特性についても
、しきい値電流の結果と同様に、本発明の方が従来の方
法より、ばらつきの少ない、長寿命の特性が得られた。The semiconductor laser manufactured according to the present invention has less variation in the threshold current of continuous oscillation at room temperature between elements and has a lower threshold current than that manufactured by the conventional wet etching method. Regarding the lifetime characteristics of the device, similar to the threshold current results, the present invention achieved longer lifetime characteristics with less variation than the conventional method.
半導体レーザを製造する上でのII−VI族化合物半導
体の良好なエツチング条件は以下の通りである。Good etching conditions for II-VI group compound semiconductors in manufacturing semiconductor lasers are as follows.
まずエツチングガス中の不活性ガスの割合については、
不活性ガスの割合が大きいほど不活性ガスイオンのスパ
ッタ効果が大きくなる。このスパッタ効果は、エツチン
グ表面に付着する炭素、反応性ガス、あるいは反応性ガ
スとエツチング材料との反応生成物などといったエツチ
ングの進行を阻害あるいは不均一にする物質を取り除く
効果がある。更にプラズマの安定化にも寄与するが、不
活性ガスの割合が大きくなりすぎるとスパッタ効果によ
るエツチングが支配的となり、エツチング速度の低下、
半導体層へのダメージの増加等の問題が生じる。適正な
不活性ガスの混合比は体積比で1%以上90%以下であ
る。First, regarding the proportion of inert gas in the etching gas,
The greater the proportion of inert gas, the greater the sputtering effect of inert gas ions. This sputtering effect has the effect of removing substances adhering to the etching surface, such as carbon, reactive gas, or reaction products between the reactive gas and the etching material, which inhibit the progress of etching or make it non-uniform. Furthermore, it also contributes to stabilizing the plasma, but if the proportion of inert gas becomes too large, etching due to the sputtering effect becomes dominant, resulting in a decrease in the etching rate and
Problems such as increased damage to the semiconductor layer arise. An appropriate mixing ratio of the inert gas is 1% or more and 90% or less by volume.
ガス圧については、圧力が高くなるほどエツチング速度
は速くなる。−例として表1には、マイクロ波入射出力
を200 W、 引出し電圧400 V。Regarding gas pressure, the higher the pressure, the faster the etching rate. - As an example, Table 1 shows a microwave input power of 200 W and an extraction voltage of 400 V.
純塩素ガスとアルゴンガスの混合ガス(アルゴンガスの
混合比は体積比で25%)を用いた時のガス圧力(Pa
)に対するZn5eの室温におけるエツチング速度(A
/分)を示す。実用性、制御性が良好な範囲は、5X1
0−3Paから10Paである。Gas pressure (Pa) when using a mixed gas of pure chlorine gas and argon gas (mixing ratio of argon gas is 25% by volume)
) of Zn5e at room temperature (A
/min). The range with good practicality and controllability is 5X1
It is from 0-3 Pa to 10 Pa.
マイクロ波の入射出力に関しては、出力が大きいほどエ
ツチング速度は大きくなる。しかしいたずらに太き(す
ると、プラズマ温度が上がって電極の熱変形が起こった
り、基板温度が輻射熱で上がってしまい、温度制御が困
難となり、エツチング速度の制御が不可能となる。表2
には、純塩素ガスとアルゴンガスの混合ガス(アルゴン
ガスの混合比は体積比で40%)を用い、ガス圧力0゜
2 P a、引出し電圧300vとした時のマイクロ波
入射出力(表中入射出力、単位W)に対する2nSeの
室温におけるエツチング速度(A/分)を示す。実用性
、制御性が良好な範囲は、10W以上1000W以下で
ある。Regarding the input power of the microwave, the higher the power, the higher the etching speed. However, if the etching thickness is unnecessarily thick (if this happens, the plasma temperature will rise, causing thermal deformation of the electrode, and the substrate temperature will rise due to radiant heat, making temperature control difficult and making it impossible to control the etching rate.Table 2
For this, a mixed gas of pure chlorine gas and argon gas (mixing ratio of argon gas is 40% by volume) is used, and the microwave incident output when the gas pressure is 0°2 Pa and the extraction voltage is 300 V (in the table) The etching rate (A/min) of 2nSe at room temperature is shown relative to the incident power (unit W). The range with good practicality and controllability is 10 W or more and 1000 W or less.
引出し電圧に関しては、電圧が高いほどエツチング速度
は大きくなるが、高すぎると物理的スパッタリングが強
くなり、半導体層に大きなダメージを与えてしまう。表
3には、純塩素ガスとアルゴンガスの混合ガス(アルゴ
ンガスの混合比は体積比で50%)を用い、ガス圧力0
,2Pa、 マイクロ波入射出力100Wとした時の
引出し電圧(表中H1単位V)に対するZn5eの室温
におけるエツチング速度(表中R1単位A/分)を示す
。また表中りは半導体層に与えるダメージの程度を表し
たものである。実用性、制御性が良好でかつ半導体層に
ダメージを与えない範囲は、10V以上1000V以下
である。Regarding the extraction voltage, the higher the voltage, the higher the etching rate; however, if the voltage is too high, physical sputtering will become stronger, causing great damage to the semiconductor layer. Table 3 uses a mixed gas of pure chlorine gas and argon gas (the mixing ratio of argon gas is 50% by volume), and the gas pressure is 0.
, 2 Pa, shows the etching rate of Zn5e at room temperature (R1 unit A/min in the table) with respect to the extraction voltage (H1 unit V in the table) when the microwave incident output is 100 W. Moreover, the inside of the table shows the degree of damage to the semiconductor layer. The range that has good practicality and controllability and does not damage the semiconductor layer is 10 V or more and 1000 V or less.
表
1
表
表
表
温度に関しては、温度が高いほどエツチング速度は速い
。表4には、純塩素ガスとアルゴンガスの混合ガス(ア
ルゴンガスの混合比は体積比で10%)を用い、ガス圧
力0.1Pa、 マイクロ波入射出力100 W、
引出し電圧300Vとした時の温度(”C)に対する
Zn5eのエツチング速度(A/分)を示す。実用性、
制御性が良好な範囲は、0℃以上350℃以下である。Table 1 Regarding temperature, the higher the temperature, the faster the etching rate. Table 4 uses a mixed gas of pure chlorine gas and argon gas (the mixing ratio of argon gas is 10% by volume), the gas pressure is 0.1 Pa, the microwave incident power is 100 W,
Shows the etching rate (A/min) of Zn5e against temperature ("C) when the extraction voltage is 300V. Practicality,
The range with good controllability is from 0°C to 350°C.
以上の実施例においては特定のII−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 nSCdsHgなどの■
族と、Ss Se、 Tes Oなどの■族との
組合せによる薄膜にも適用できる。加えて、本発明によ
る半導体レーザは、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。また半導体レーザの構造としては
、実施例で示した3層導波路を基本とするものに限らず
、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。さらに
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。またRIBE工程に置ける
エツチングガスとして、純塩素ガスとアルゴンガスの混
合ガスについて説明を行ったが、反応性ガスとしてBC
Is、Br2、CFaなど少な(ともハロゲン元素を含
むもの、不活性ガスとしてHe5Ne等の希ガス類、N
2等でも有効である。Although a specific II-VI group compound semiconductor was taken up in the above embodiments, the application of the present invention is not limited to this range. That is, the present invention provides
It can also be applied to a thin film formed by a combination of a group compound and a group compound such as Ss Se or Tes O. In addition, the semiconductor laser according to the present invention includes laser materials other than AlGaAs,
For example, the present invention can be similarly applied to InGaAsP-based and InGaP-based materials. In addition, the structure of the semiconductor laser is not limited to the one based on the three-layer waveguide shown in the example, but also the LOC structure in which a light guide layer is provided adjacent to one side of the active layer, and the LOC structure in which a light guide layer is provided adjacent to one side of the active layer. The present invention can be similarly applied to an SCH structure in which a light guide layer is provided adjacently, and a GRIN-3CH structure in which the refractive index and forbidden band width of these light guide layers are distributed in the film thickness direction. . Furthermore, it is also effective for those whose active layer has a quantum well structure. Further, in the embodiment, a similar effect can be obtained even in a structure in which the conductivity types of each layer are all reversed (a structure in which p is replaced with n and n is replaced with p). Also, we explained about a mixed gas of pure chlorine gas and argon gas as an etching gas in the RIBE process, but BC is a reactive gas.
Is, Br2, CFa, etc. (all containing halogen elements, rare gases such as He5Ne as inert gases, N
It is valid even for 2nd place.
[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。[Effects of the Invention] The method for manufacturing a semiconductor laser of the present invention has the following special effects of the invention, and makes it possible to manufacture a semiconductor laser that fully utilizes the characteristics of II-VI group compound semiconductors. .
(1)II−Ml族化合物半導体の除去工程をRIBE
により行い、RIBE工程おいて反応性ガスに不活性ガ
スを混合すること、更に不活性ガスの混合比を規定する
ことによりリブ上のII−VI族化合物半導体の除去の
制御が格段に向上し、再現性良く半導体レーザが作製で
きる。(1) RIBE removal process of II-Ml group compound semiconductor
By mixing an inert gas with the reactive gas in the RIBE process and further regulating the mixing ratio of the inert gas, control of the removal of the II-VI group compound semiconductor on the ribs is greatly improved. Semiconductor lasers can be manufactured with good reproducibility.
(2)不活性ガスの混合比を規定しているのでRIBH
によって化合物半導体層に損傷を与えることはないため
、半導体レーザの特性を損なうことは全(ない。(2) Since the mixing ratio of inert gas is specified, RIBH
Since this does not damage the compound semiconductor layer, the characteristics of the semiconductor laser are not impaired at all.
(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。(3) Since the II-VI group compound semiconductor is etched by a dry process, the controllability and reproducibility are much better than the conventional wet process.
(4)特にn−vt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。(4) There is no deterioration or destruction of the device due to the etching solution seeping into the device, which is a problem especially in wet etching of n-vt group compound semiconductors.
(5)反応性ガスに不活性ガスを混合することにより、
半導体表面の炭素、塩素などによる汚染を取り除くこと
ができ、後工程での歩留りの低下を防ぐことができる。(5) By mixing inert gas with reactive gas,
Contamination caused by carbon, chlorine, etc. on the semiconductor surface can be removed, and a decrease in yield in subsequent processes can be prevented.
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。
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(1m)、(b)はZn5e薄膜の、RIBEを
おこなう前(第4図(a))と、おこなっり後(第4図
(b))の7オトルミネツセンスを示す図。
n型GaAs基板
n!!!!GaAsバッファー層
n型A 1 s、sG a s、sA sクラフト層A
1 m、+sG a e、ssA s活性層p型A
1 e、sG a a、sA sクラッド層p型GaA
sコンタクト層
フォトレジスト
Zn5e埋め込み層
フォトレジスト
O
11
2
3
4
5
6
7
8
9
0
・p型オーミック電極
・n型オーミック電極
・試料準備室
・エツチング室
・ECRプラズマ発生室
・電磁石
・マイクロ波導波管
・引出し電極
・試料
・ゲートバルブ
砦サンプルホルダー
以上FIGS. 1(a) to 1(e) are process cross-sectional views of a semiconductor laser illustrating a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the structure of a semiconductor laser manufactured by a conventional method. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the structure of an etching apparatus used in an embodiment of the present invention. FIGS. 4(1m) and 4(b) are diagrams showing the 7 otoluminescence of the Zn5e thin film before (FIG. 4(a)) and after (FIG. 4(b)) RIBE. n-type GaAs substrate n! ! ! ! GaAs buffer layer n-type A 1 s, sGa s, sAs craft layer A
1 m, +sG a e, ssA s active layer p-type A
1 e, sG a a, sA s cladding layer p-type GaA
s Contact layer photoresist Zn5e buried layer photoresist O 11 2 3 4 5 6 7 8 9 0 ・P-type ohmic electrode ・N-type ohmic electrode ・Sample preparation chamber ・Etching chamber ・ECR plasma generation chamber ・Electromagnet ・Microwave waveguide・Extraction electrode・sample・gate valve fort sample holder and above
Claims (5)
状の光導波路を形成する工程と、前記光導波路をII−V
I族化合物半導体で埋め込む工程と、前記II−VI族化合
物半導体を反応性ガスと不活性ガスの混合ガスのマイク
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を含む半導体レ
ーザの製造方法において、前記混合ガス中の不活性ガス
の割合は、体積比で1%以上90%以下であることを特
徴とする半導体レーザの製造方法。(1) Forming a rib-shaped optical waveguide made of a laminated structure of III-V compound semiconductors, and converting the optical waveguide into II-V
A semiconductor laser comprising a step of embedding a group I compound semiconductor, and a step of etching the group II-VI compound semiconductor by a reactive ion beam etching method using microwave excitation-ECR plasma of a mixed gas of a reactive gas and an inert gas. A method for manufacturing a semiconductor laser, characterized in that the proportion of inert gas in the mixed gas is 1% or more and 90% or less by volume.
上10Pa以下の範囲であることを特徴とする請求項1
記載の半導体レーザの製造方法。(2) Claim 1 characterized in that the etching pressure is in the range of 5×10^-^3Pa to 10Pa.
A method of manufacturing the semiconductor laser described above.
W以下の範囲であることを特徴とする請求項1記載の半
導体レーザの製造方法。(3) The incident power of the microwave is 10W or more and 1000
2. The method for manufacturing a semiconductor laser according to claim 1, wherein the range is W or less.
10V以上1000V以下の範囲であることを特徴とす
る請求項1記載の半導体レーザの製造方法。(4) The method of manufacturing a semiconductor laser according to claim 1, wherein a voltage for extracting the ion beam to the sample is in a range of 10 V or more and 1000 V or less.
℃以下の範囲であることを特徴とする請求項1記載の半
導体レーザの製造方法。(5) The temperature during etching of the sample is 0°C or higher and 350°C.
2. The method of manufacturing a semiconductor laser according to claim 1, wherein the temperature is below .degree.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21442589A JPH0378276A (en) | 1989-08-21 | 1989-08-21 | Manufacture of semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21442589A JPH0378276A (en) | 1989-08-21 | 1989-08-21 | Manufacture of semiconductor laser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0378276A true JPH0378276A (en) | 1991-04-03 |
Family
ID=16655579
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP21442589A Pending JPH0378276A (en) | 1989-08-21 | 1989-08-21 | Manufacture of semiconductor laser |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0378276A (en) |
-
1989
- 1989-08-21 JP JP21442589A patent/JPH0378276A/en active Pending
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