JPH10510102A - チャネル内のリッジ状レーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 II−VI族の材料に条溝をエッチングして形成することにより、支持メサが両側に並ぶ能動メサを形成して、チャネル内にリッジ状のレーザダイオードを製造する方法である。本発明による方法はII−VI族の層の所定の組成物に対して所定のエッチング剤を用いて、ただ一度のホトリソグラフィプロセスを用いるだけで湿潤化学エッチングにより前記条溝を形成し得るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】 チャネル内のリッジ状レーザ 本発明は半導体レーザダイオード、特にリッジ‐タイプの半導体レーザダイオ ードに関するものである。発明の背景 メサ‐ストライプレーザとしても既知のリッジ‐タイプの半導体レーザダイオ ードは一般に、ＧａＳａの如きIII −Ｖ族の基板上に通常ＭＯＶＣＤ又はＭＢＥ 法によりIII −Ｖ又はII−VI族の材料の極めて薄い層をエピタキシャル堆積する ことによりクラッディング層、導波層及びキャッピング層を形成し、次いでＰ‐ Ｎ接合の両側における基板と能動メサの頂部とに接触するメタライゼーションを 設けて成る層構体を具えている。レーザダイオードの有効な動作は適度な電流状 態でのキャリヤの集団反転に依存し、これにはキャリヤの注入及び光子の発生を 横方向にて閉じ込める必要がある。能動メサ構体はキャリヤの注入及び光子の発 生を横方向にて閉じ込めるべく機能する。能動メサ構体はリッジ又はストライプ 状をしており、従ってリッジ状ストライプとも称される。光子を垂直方向に閉じ 込めるには、能動層の両側に並ぶ層の屈折率を低くする。 このようにして得られる能動ストライプの寸法は極めて小さく、一般に幅が約 １〜５０μｍで、高さが０．５〜１０μｍで、しかもこわれやすい。特に、レー ザダイオードデバイスを、メサ側を下にしてさかさまにし、デバイスを冷やす目 的でヒートシンクの上に取り付ける場合にこわれやすい。能動メサを物理的な損 傷から保護するためにサイド‐メサを両側に並べたチャネル内に能動メサを形成 することは既知である。これを従来は、それぞれ数回にわたるホトレジストの付 与、マスクの整列、露光及びエッチング工程を含む多数の処理工程によって行な っている。この方法では必要とする工程数が多いために、時間がかかり、しかも 不合格品も多くなりがちである。 さらに、II−VI族のレーザデバイスの如き所定の種類のレーザデバイスにとっ ては状況がさらに悪化し、その理由は、こうしたII−VI族の層は汚染に敏感であ るからである。発明の概要 本発明の目的は半導体レーザダイオードを形成する方法を改善することにある 。 本発明の他の目的はチャネル内にリッジ状の半導体レーザを形成する方法を改 善することにある。 本発明は所定の湿潤化学エッチング処理を行なうことにより、一度のホトレジ ストの付与と、一度のマスク整列及び露光工程とを含む僅か一度のホトリソグラ フィプロセスだけを用いてチャネル内にリッジ状の所望なレーザ構体を形成する ことができると云う発見に基づいて成したものである。 本発明の要点は、所定の層組成物の場合に、そのエッチング速度が、ホトレジ スト層に近い方が、それから離れた所よりも速くなり、従って同じ材料でも位置 によって優先的にエッチングされると云う発見に基づいている。このような珍し い結果により好都合なメサ構体が得られ、後の処理が簡単となる。 本発明の一見地によれば、レーザ構体が第４層に隣接するＺｎＳｅ接点層の隣 りにＺｎＴｅ−ＺｎＳｅ製とするのが好適なグレージング層を具えるようにする 。グレージング層及びＺｎＳｅ層を経てエッチングする所定のエッチング剤はレ ジストのストライプ近くではエッチング速度が速いために、所望な先細形状又は 正に傾斜したメサ構体が得られる。 本発明の他の要点によれば、グレージング層及びＺｎＳｅ層用に用いるエッチ ング剤をエチレングリコールと、メチルアルコールか、メタノールか、又は他の アルコールと、ＨＣｌと、Ｂｒ₂とを水に溶解した溶液とする。 本発明を特徴づける様々な新規な特徴は本明細書の一部を成す請求の範囲に記 載してある通りである。本発明を一層理解し易くするために、本発明の使用によ り得られる利点及び特殊な目的を添付図面を参照し、本発明の好適な実施例につ き説明するが、同様な参照番号は同じか、又は同様な要素を示すものとする。図面の簡単な説明 図面中： 図１はチャネル内のリッジタイプのレーザの構成を示す略図（実寸ではない） であり； 図２は図１の構成の能動メサ及び下側部分の拡大図であり； 図３はチャネル内のリッジタイプの他の構成のレーザを示す図１と同様な図で ある。好適実施例の詳細な説明 本発明は概してII−VI族の半導体材料製のあらゆる半導体レーザダイオードに 適用することができる。このようなデバイスは一般にＧａＡｓ基板の上にエピタ キシャル成長させたII−VI族の堆積層を具えている。これについては米国特許第 ５，３６３，３９５号を参照することができ、これにはII−VI族の材料でレーザ デバイスを製造するための多数の種々の方法のうちの１つの方法が開示されてい る。このようなレーザは特に青−緑光の光源として重要である。 図１は青−緑光を発生するのに好適な斯様なレーザの構造を示している。図１ に示してあるものは、能動領域１２及びその両側に並べる支持メサ１４を形成し た後のエピタキシャル構体１０の一部である。本発明にとって重要でない図示し てないものは、後に堆積する絶縁層及びメタライゼーション層であり、これらの 層は能動メサ領域の頂部及び基板の底部に接点を形成するためのものである。チ ャネル内のリッジタイプのIII −Ｖ族のレーザダイオードの代表的な形状のもの が米国特許第５，３９９，８８５号、“Electron Lett.”（１９７９年，１５， 第７６３〜７６５頁）及び“Appl．Phy．Lett.”（１９８６年，４８，（２）， ８９）に示されている。これらを見てわかるように、能動メサ領域の頂部への接 点用メタライゼーションは、能動メサの両側に並ぶメサの上に延在しているも、 これらのメサからは絶縁されている。 青−緑の光を放射する一形態のレーザの構造を図２に拡大してもっとわかり易 く示してある。ＧａＡｓの半導体結晶基板１６を用意し、その上にＭＢＥの如き 通常のエピタキシャル技法によってＺｎＭｇＳｅＳ製の第４クラッディング層１ ８を成長させ、次いでＺｎＳｅＳ製の薄い導波層２０を成長させ、次に量子井戸 を形成するＺｎＣｄＳｅ製のレーザ光放出能動層２２を成長させる。能動層２２ の下側の層はいずれもＮ導電形のものとする。次いでこの能動層の頂部にいずれ もＰ導電形の層、即ち先ずＺｎＳｅＳ製の導波層２４を成長させ、次いでＺｎＭ ｇＳｅＳ製の別の第４クラッディング層２５を成長させ、次にＺｎＳｅ製の接点 層２６と、ＺｎＴｅ−ＺｎＳｅ製のグレージング層２８を成長させ、最後にＺｎ Ｔｅ製のキャップ層３０を成長させる。接点層２６、グレージング層２８及びキ ャップ層３０はレーザ構体のＰ側に良好に低オーム接触する。接点層２６のドー パントレベルは高く、グレージング層２８は、接点層２６とキャップ層３０との 間の遷移部として作用する。これらの層の厚さ、組成及び所望する導電形を得る ためのこれらの層のドーパントの種類並びに導電率のレベルについての例は米国 特許第５，３６３，３９５号にて見ることができる。このように成長させた層は ウェハ全体に延在し、次の工程は、上側のＰ形導波層２４までか、又はその近く にまでこの層構体を経て下方に平行な条溝３２（図１）をエッチングすることに より、一般に約１〜１０μｍの幅のメサ構体を画成して、能動メサ１２及びその 両側に並ぶメサ１４を形成することである。前記参考文献の“Appl．Phy．Lette rs”では、これらのメサを選択的湿潤化学（溶液）エッチングにより形成してい る。前記参考文献“Electronics Letters Paper”では、メサをイオンミーリン グと湿潤化学エッチングとの組合わせにより形成している。これらの方法はいず れも図２につき上述したレーザのII−VI族の材料には好適でない。II−VI族の材 料に対する既知の方法は、数回のホトリソグラフィ処理工程及び必然的なマスク 整列問題を含むいくつかのエッチング工程を必要とする。本発明ではマスク整列 問題を全くなくして、ただ一度のホトリソグラフィプロセスでメサを形成するの である。 本発明によれば、慣例のホトリソグラフィプロセスを用いて、成長層を有する ウェハの表面上（図２に３４にて示してある）に、例えばシップレイ社からのＫ ＴＩ又はＡＺ製の通常のポジのホトレジストを慣例の方法で規定する。次いで、 通常の露光及び現像処理を行なってレジスト層をパターン化して、メサ１２，１ ４，１６を形成すべき個所の上に一般に１〜１０μｍの幅の狭いバー状のレジス トを形成する。これらのレジストバーを図１に示したスケールとは異なるスケー ルで図２に３６でダッシュ線で示してある。一例として（これに限定されるもの ではない）、５μｍの幅のレジストバー３６を頂部エピタキシャル層３０の〔１ ００〕方位面の上に〔１１０〕又は〔^-１１０〕（^-１は１の上にバーを有する１ である）方向に形成する。次いで所定位置にある単一のパターン化したレジス ト層３６と一緒に次のようなエッチング溶液を順次用いる。 １．ＺｎＴｅ層３０をエッチングするには、４容量部の水にＨ₂Ｏ（２５０ｍｌ ）と、ＨＮＯ₃（２５ｍｌ）と、Ｋ₂Ｃｒ₂Ｏ₇（５グラム）の溶液を１容量部溶解 したエッチング溶液を用いる。エッチングはグレージング層２８に達する際に中 止するか、又はエッチング速度をかなり遅くする。 ２．第４層２５の一部を含んで、グレージング層２８及びＺｎＳｅ層２６をエッ チングするには、エチレングリコール（５０ｍｌ）と、メタノール（２５ｍｌ） と、ＨＣｌ（２５ｍｌ）と、Ｈ₂Ｏ（２５ｍｌ）と、Ｂｒ₂（０．２５ｍｌ）との ５成分溶液を室温で約２〜４分間適用する。 ３．エッチング剤＃２でのエッチング後に、このエッチングで残存するＳｅを除 去するために、超音波浴中で約１分間Ｈ₂ＳＯ₄：Ｈ₃ＰＯ₄（１：１）でエッチン グする。 ４．残りの第４層２５をエッチングするために、濃ＨＣｌ又はＨＢｒで約５分間 エッチングする。このエッチングは第３の導波層２４に達するまで続ける。 第３層２４のエッチング速度は、その上のそれぞれの層のエッチング速度より もかなり低いため、リッジ又はメサの高さは主として第４層２５の厚さによって 決まる。メサの形状はそれぞれの層の結晶方位に依存する。メサのストライプを 〔^-１１０〕の方向に向ける場合には、メサが図１に示すようになり、メサの傾 斜側面が下向きの方向に正の傾斜で広がるようになる。メサのストライプを〔１ １０〕方向に向けると、メサは図３に示すようになり、メサの傾斜側面が下向き の方向に負の傾斜で狭くなる。 図１のようなメサ構造は、その側面に後に絶縁層及びメタライゼーション層を 良好に堆積して被着することができるから好適である。グレージング層ＺｎＳｅ 層及び第４層に＃２のエッチング剤を作用させることにより輪郭の優れたメサが 得られる。前記２番めのエッチング剤は上述したような層を、レジストから遠く 離れた個所よりもレジストに近い個所にて速くエッチングする傾向にある。従っ て、図１に示したように正に傾斜したメサが得られる。 レーザ特性を決定するのは能動メサにおける能動ストライプ領域の組成であり 、この能動メサの両側に並ぶメサの組成は、これらのメサが主として機械的な機 能をするだけであるので重要ではないが、両側のメサにおける層の組成は、これ らのメサが能動メサと同じウェハの一部で、その上に層をエピタキシャル成長さ せたものであるので、能動メサの層の組成と同じとなるも、本発明による方法に よれば、両側のメサをこれらに電流が流れないように絶縁層で容易に覆うことが できる。本発明はＧａＡｓの基板で構成されるウェハ又はバーに限定されるもの ではなく、他の半導体化合物又は素成分を用いるウェハ又はバーに適用すること もできる。 条溝３２をエッチングし、且つ電気絶縁層を堆積してから、層構体をメタライ ゼーション用にパターン化し、次いで、例えば蒸着法によるような通常の方法で メタライゼーション層を堆積する。上述したように、支持メサを両側に並べたチ ャネル内に能動メサを配置することにより、レーザチップをそのＰ形の側を下に して冷却用の適当なヒートシンクの上に良好に取り付けることができる。 本発明の主たる利点は、メサ構体及び支持構体を画成する条溝を形成するのに 僅か一度のホトリソグラフィプロセスを用いるだけで済むことにある。 本発明はキャップ層、グレージング層、接点層及びクラッディング層に対する 組成として前述したような組成のものに限定されるものではない。他の組成の層 も上述したような改善処理法に好適である。例えば、キャップ層３０をＢｅＴｅ で構成し、グレージング層２８をＺｎＢｅＳｅとし、接点層２６をＺｎＳｅとし 、クラッディング層２５をＺｎＭｅＳＳｅで構成することができる。 さらに、エッチング剤＃１の代わりに、Ｈ₂Ｏ（２５０ｍｌ）と、Ｈ₂ＳＯ₄（ ２５ｍｌ）と、Ｋ₂Ｃｒ₂Ｏ₇（５グラム）との水溶液を用いることができる。 エッチング剤＃２では、エチレングリコールの含有量を約４０〜６０ｍｌの範 囲内で変えることができ、メタノールの含有量を約２０〜３０ｍｌの範囲内で変 えることができ、ＨＣｌの含有量を約２０〜３０ｍｌの範囲内で変えることがで き、Ｈ₂Ｏを約２０〜３０ｍｌの範囲内で変えることができ、Ｂｒ₂を約０．２〜 ０．３ｍｌの範囲内で変えることができる。また、メタノールの代わりにグリセ リンや、任意のアルコール又はＣＣｌ₄を用いることができ、ＨＣｌの代わりに ＨＢｒを、エチレングリコールの代わりにグリセロールを用いることができる。 他の置換として、水溶液中のＢｒ₂の量を０．３７５容量％とすることもでき る。 本発明は上述した好適実施例のみに限定されるものでなく、幾多の変更を加え 得ることは当業者に明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フラムホルツ シャロン ジェイ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 12524 フィッシュキル セイラム ロード 30

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．両側に支持メサが並ぶ能動メサを画成するために大形の半導体結晶に条溝を エッチング形成して、チャネル内にリッジタイプの半導体レーザデバイスを製造 する方法であって、前記半導体結晶が基板と、該基板上に成長させた能動層、該 能動層の上の導波層、クラッディング層及び接点層を含む複数のエピタキシャル 層とを具えており、これらの全ての層を主としてII−VI族の材料で構成する半導 体レーザデバイスの製造方法において、当該法が： (a) 前記接点層の表面上に、ホトリソグラフィプロセスを用いて前記条溝をエ ッチング形成すべき個所に開口を有するようにパターン化したレジスト層を設け る処理工程と、 (b) 前記レジスト層を所定位置に留めたままで、第２のホトリソグラフィプロ セスを用いないで前記接点層及びクラッディング層を経てエッチングする処理工 程と、 を含むことを特徴とする半導体レーザデバイスの製造方法。 ２．前記条溝を湿潤化学エッチングだけで形成することを特徴とする請求項１に 記載の方法。 ３．前記接点層がＣｄＴｅ、ＺｎＴｅ又はＢｅＴｅから成るキャップ層を含むこ とを特徴とする請求項１に記載の方法。 ４．前記接点層がＺｎＴｅ−ＺｎＳｅから成るグレージング層を含むことを特徴 とする請求項１に記載の方法。 ５．前記接点層がＣｄＳｅ又はＺｎＳｅから成る接点層を含むことを特徴とする 請求項１に記載の方法。 ６．前記湿潤化学エッチングが、エチレングリコールと、アルコールまたはＣＣ ｌ₄と、ＨＣｌ又はＨＢｒと、Ｂｒ₂とを水に溶解した５成分水溶液でのエッチン グを含むことを特徴請求項２に記載の方法。 ７．エチレングリコールと、アルコールまたはＣＣｌ₄と、ＨＣｌ又はＨＢｒと 、Ｂｒ₂とを水に溶解した水溶液中でのそれぞれの相対比率を約２：１：１：１ ／４：１の容量部とすることを特徴とする請求項１に記載の方法。