JPS62177988A - 半導体レ−ザ−装置の製造法 - 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） この発明は、化合物半導体レーザーの共振器端面のエツ
チング法に関するものである。

（従来の技術） ペテロ結合を有する半導体レーザーは既に実用１イヒさ
れているか、現在は単体の素子として使用されているの
みである。

これに対して半導体レーザー、光ディテクター及び電子
素子を同一チツブ−Ｌに集積した光電子集積回路（ｏｐ
ｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃ
ｉｒｃｕｉｔ：以下０ＥＩＣと略す）か盛んに研究され
ているが、０ＥＩＣ作製に重要な新技術の１つとして、
集積化可能な半導体レーザーを作製する技術が必要とな
る。この場合ｖ７導体レーザーの共振器は集積化および
モートの制御化という点から数ｔ′μｍ以）゛か望まし
い。

またレーザ一端面における結晶構造の損傷や凹凸は、光
の反射率を低下させ、レーザーの特性を低下させるので
、光素子作製の際には除去されなければならず、このた
め半導体レーザーには、光を効率良く反射する重訂、か
つｆ坦で結晶中に損傷のない光の共振器端面か必要であ
る。

従来の半導体レーザーはＩ−述のような条件を満たす共
振器端面として（１１０）面の臂凹面か最適なものと考
えられていた。しかし、この臂開は人間の手作業で行な
われており、このため再現性が悪く、共振器長も２００
〜３００井■と長くならざるを得す、しかもこの方法で
は単品のレーザーしか作製することかできず、したかっ
て１；述のような０ＥＩＣの半導体レーザー作製には使
うことかてきないという難点があった。

即ち、０ＥＩＣの半導体レーザー共振器端面のように精
度の良い微細加圧を必要とする場合には、エツチング処
理が不可欠てあり、現在ウェッｌ〜エツチング及びトラ
イエツチングによる半導体レーザー共振器端面の作製が
盛んに研究されている。

（発明か解決しようとする問題点） 現在、ウェッＩヘエッチングではＧａＡｓ／ＡｌＧａＡ
ｓのレーザー構造において１１□ＳＯ４：Ｈ２０□：１
１゜０エツチング液により最小共振器長６０ｇ、ｍ程度
で、はぼ垂直な（＋００）面の共振器端面か得られ、ま
たウェットエツチングではドライエツチングのようにイ
オン衝撃による損傷がないという利点はある。しかし、
その反面、精度の良い微細エツチングを、大面積にわた
り均一に行なうことか困難である。

また、ウェットエツチングはエツチング後の水洗や試料
を大気にさらすことか免れず、そのために光の反射率を
低ドさせる原因になる共振器端面の酸化か避ｔ−Ｊられ
ない。

更に、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体レーザ
ー構造の重］自エッチンクには、ＧａＡｓとＡｌＧａ八
Ｓのへ速エッチンクか必要となるか、−）述のようなウ
ェットエツチングＡでは内部のＡ１か酸化され“τエツ
チングし難いＡ１２０Ｊか形俵、され、笠速エウチンク
か困難となる。

一力、トライエツチング゛Ｃはイオンビームエツチング
、反応性イオンエラ（ンク（Ｒ，Ｉ　Ｅ　）　、反応性
イオンビームエツチング（ＲＩＢＥ）による重置エッチ
ンクか行なわわ、ｔ！Ｉられた垂直面をＴ−導体レーザ
ー共振器端面とし“Ｃ使用ｌ−る４ｒとか行なわれＣい
る。

これ等イオンを用いたトライエツチングでは、エツチン
グかイオンの照射方向に依存するためイオンを基板に重
直に入射することによりｌト直な面を得ることかできる
。しかし、４二の場合はイオン衝撃により表面の結晶構
造が損傷を受けるという問題かある。

また、■−述の１〜ライエツチング゛Ｃはエツチング後
のマスクとして通常光学露光によりパターンを形成する
ホ１〜レジストを用いることが行なわれているが、この
マスクの端面には凹凸か存在するため、イオンによるエ
ツチングで得られた垂直面には凹凸が転写され、４１滑
な共振器端面な得ることが困難である。

このマスクの凹凸によるエツチング面の凹凸をなくず方
法として、マスクを用いずに反応性ガス中に置いた試料
に、光や集束イオンビームを照射することによるマスク
レスドライエツチングか研究されており、特に光を用い
た場合は、イオン衝撃がないため、基板も損傷を受けな
い等の効果を期待できる。

しかし、この場合光や集束イオンビームは、その強度か
正規分布に近いため、エツチング形状も正規分布の形状
に近くなり、レーザーの共振器端面に使用可能な垂直面
を形成することは困難である。

（問題点を解決するための手段） 以上の問題点を解決するために、この発明ではＹ；導体
レーザーウェハーの、レーザー共振器端面を形成するた
めに設けられた、被加工部に、真空室内で、ガス分子、
放電プラズマより発生１ノだ中性ラジカルを接触させ、
該液加−に部のエツチングを行なうようにした半導体レ
ーザー装置の製造法を提案するものである。

ここて、この発明に使用するレーザー材料としては、Ｇ
ａＡｓ、　ｌｎＰ或はこれらを含む混晶の化合物半導体
を挙げることができる。

これ等の化合物半導体は例えばＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒ
ｒ以下の高真空にした真空室内に設置するとともに、そ
の表面温度を１５０〜４００℃、好ましくは２００〜・
３５０°Ｃ程度に加熱して室内にガス分子、中性ラジカ
ルを２　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ圧程度導入する。

ここて、真空室内で化合物半導体のエツチングを行なう
のはエツチング中半導体表面が酸化されるのを防ぐため
である。特にＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ等内部にＡＩを含
む化合物半導体をエツチングする場合、真空度がｌ　ｘ
　１０−’Ｔｏｒｒ以下であると、Ａｌが酸化されてＡ
ｌ２Ｏ：ｌか形成されることが抑制され、エッチンクか
円滑に進行する。

また、化合物半導体の表面温度を１５０〜４００°Ｃに
保持するのは１５０°Ｃ以下ではこの発明で述べるエツ
チングの効果がなく、４００℃以−１，では該エツチン
グが化合物半導体結晶に対して等方性に行なわれ、この
発明の特徴の一つである結晶面方位依存性あるエツチン
グかてきないためである。

一方、真空室内に導入するガス分子、中性ラジカルとし
ては、塩素、交素、ヨウ素等のハロゲンガス分子或はこ
れ等の中性ラジカルを使用することかできる。

なお、放電プラズマにより発生ｌノた一イオン、中性ラ
ジカルから中性ラジカル等の中性粒子のみを選別してエ
ツチング室内に設置したレーザーウェハーに接触させる
方法としては、種々の方Ｖ：か考えられるが、例えば１
７−ザーウエハーをエツチング室内に設けられた回転可
能な試料台に設置し、該試料台をレーザーウェハーが反
応性のイオン、中性ラジカル等を含むプラズマの照射方
向に対して背を向けるように回転する。このようにする
と、プラズマ中のイオンはめ進するため、試料台の背面
に設４１られた１ノ−ザーウ〕−バーの表面と接触する
ことなく、−方中性ラジカル等の中性粒子は試料台の背
面に廻り込んでレーザーウェハーの表面と接触する。

また、プラズマ発生室とエツチング室の間にシャッター
を設けると、レーザーウェハーに向かっ゛Ｃ直進するイ
オンはシャッターと衝突し”Ｃレーザーウェハーとの接
触かｌ１され、　一方中性粒子はシャッターを廻り込ん
でレーザーウェハー表面と接触する。

ｌ−記２例は物理的にプラズマ中の中性粒子のみをレー
ザーウェハーと接触させる方０：を述べたか、電気的な
方法としては、例えばエツチング室内に設置されたレー
ザーウ〕−バーの表面を正電位に保持するようにしてお
けばプラズマ中のイオンは反発されてレーザーウェハー
の表面と接触することがないか、中性粒子は電荷を持た
ないため、する代りにプラズマの照射方向を遮断するよ
うに網状の電極板を設け、該電極板を正電位に保持して
も同様な効果を呈する。

また、プラズマの照射方向に沿って電極板を設け、該電
極板を負電位に保持するようにすればプラズマ中のイオ
ンガスは電極板に吸引され、中性粒子のみがレーザーウ
ェハーの表面と接触する。

（作用） 以」二のようにして、真空室内に設置されたレーザーウ
ェハーの表面にガス分子、中性ラジカルを接触させると
、これ等のガス分子、中性ラジカルかレーザーウェハー
表面に吸着され、レーザーウェハー表面との間で化学反
応を起し、レーザーウェハーかエツチングされる。

また、この発明に、にるエツチング法はトライプロセス
であるため、微細加工および、大面積にわたる均一・性
に優れ、更に真空装置内で処理できるため、大気による
汚染か避けられる。

更に、この発明によるエツチング速度は本願発明者等の
研究によれば化合物半導体結晶の面方位によって異なる
。即ち、エツチング速度は化合物半導体結晶の面方位に
依存しており、その相対的なエツチング速度は（１００
）＞　（１１０）＞（Ｉｌｌ）Ａである。特に、ＧａＡ
ｓの（１１１）Ａ面のエツチング速度は後述の実施例に
お４Ｊる条ヂ１ては（Ｚｏｏ）面の約３０分のｌである
。

したかって、マスクパターンを施した ＧａＡｓ　（１００）基板を上述の方法でエツチングし
た場合、（ｉｏｏ）面のエツチングとともに、マスク下
に（１１１）Ａ面や［１００］方向に高次の面が現れる
。しかし、［１００］方向のアンターカットが他の面よ
り速く進行するため、正方形や円形のマスクパターンを
用いた場合、最絆的なエツチング形状は（１００）面て
囲まれた四角柱となる。

この（１００）面は、基板表面に対して垂直で、しかも
この発明による方法は化学反応のみによるエツチングで
あるため、従来のイオンによるドライエツチングのよう
にエツチング室が損傷を受けることがなく、また光や集
束イオンビームを使用した従来のエツチング法のように
エツチング面が光や集束イオンビームの強度分布に影響
されることもなく、更にマスク端面に凹凸が存在しても
、エツチング面には凹凸が転写されず、ｆ滑性の良い垂
直面が得られる。

したがって、この発明によればＧａＡｓ等の半導体基板
の（１００）面に平滑性の良く、かつ損傷のない垂直面
を形成することができる。

なお、現在半導体レーザーは（１１０）面の臂開面をレ
ーザー共振器面としているため、レーザーのキャビティ
方向は［１１０］方向となっているが、本願発明者等の
研究によれば半導体中のキャリヤの移動度や光の反射係
数は結晶面方位にはほとんど依存せず、キャビティ方向
を［１００］；方向にしてもさしつかえなく、したがっ
てこの発明のエツチング法により０ＥＩＣの半導体レー
ザー共振器を作製することができる。

一方、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系のレーザー構造の垂直
エツチングには、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓの等速エツチ
ングか必要となるが、Ｉ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以−１
−の真空度を有する装置では前述の如く装置内の残留酸
素や水によりＡｌＧａＡｓ中の＾１か酸化され、等速エ
ウヂングか妨げられる。

この発明ではｌ　Ｘ　Ｉｎ−７Ｔｏｒｒ以下の到達真空
度を有する装置を使用することができるため、上記のよ
うな酸化か抑制され、ＧａＡｓと同様に、ＡｌＧａＡｓ
の結晶面力位依存性エツチングか得られ、かつＧａＡｓ
とＡｌＧａＡｓの等速エツチングか達成される。

したがって、この発明によればＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
レーザー構造についても平滑、かつ損傷のない垂直面を
得ることができる。

（実施例） ｎ　−ＧａＡｓ基板ｌ上に成長させたｎ　−ＡｌＧａＡ
ｓクラット層２ａ、　ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２ｂ
とＰ−ノンドープ活性層３、ｐ　−ＧａＡｓキャップ層
４及び電極５とからなるレーザーウェハーを使用する（
第１図（ａ））。このレーザーウェハー−■−に、マス
クパターン６を形成する（第１図（ｂ））。なお、）゛
計スクパターン６としては２５０℃程度の高温処理′１
にも耐える必要かあるため、２５０℃でベーキング１し
、三層レジスト法により形成したホトレジストマスクが
使用される。その後、この発明に係るエツチングを行な
いレーザー共振器端面７を作成する（第１図（Ｃ））。

また、ホトレジストマスク６を酸素ガスによるプラズマ
で除去する〔第１図（ｄ）〕。更に、光の反射率を増大
させたり、或はエツチング面を大気による酸化や汚染か
ら守るために保護膜８を形成する（第１図（ｅ））。

上述のエツチングは例えば第２図に示すように、プラズ
マ室９とエツチング室１０とを網状の引き出し電極１１
により分離した真空装置内で行なわれる。この場合プラ
ズマ室９内にはイオン１２と中性ラジカル、分子ガス等
の中性ガス１３とからなる一試料台１５にはマスクパタ
ーンを施したレーザーウエバー１６を固定するとともに
、内蔵したヒータによりレーザーウェハー１６の表面を
所定の温度に加熱する。エツチングに際しては試料台１
５をプラズマ室９に対して反転させ、引き出し電極１１
に電圧を印加する。　これによりプラズマ室９内のイオ
ン１２は引き出し電極１１に加速されてエツチング室Ｉ
Ｏ内に直進するが、その直進性のために試料台１５の背
面にあるレーザーウェハ−１６の表面には接触しない。

一方中性ガス１３は引き出し電極ＩＩに加速されること
なく、引き出し電極１１の孔を通してエツチング室１０
内に拡散する。したがって、これ等の中性ガス１３は試
料台１５の背面にあるレーザーウェハー１６の表面にも
接触するのて、レーザーウェハー１６表面のエツチング
が行なわれ、最終的に（１００）面で囲まれた四角柱の
エツチング形状となった。

なお、プラズマ室９には塩素プラズマを用いずに、塩素
ガス分子を用いてもレーザーウェハー１６の表面をエツ
チング処理することができる。

第３図は、塩素プラズマを用いた場合、およびｍ素ガス
分子を用いた場合、それぞれの半導体基板温度とエツチ
ング速度との関係を示すものである。

これより明らかなように、塩素プラズマを用いは、レー
ザーウェハー１６を２９０°Ｃ以１−に加熱しなければ
エツチングを行なうことかできない。

これはエツチング速度が半導体基板の表面温度、半導体
基板表面へのガス分子、中性ラジカルの吸着量により決
まり、放電した方が放電しなかった場合より低温でエツ
チングが開始するのは、中性ラジカルの吸着量がガス分
子−のそれよりも多いことによるためと推定される。

（発明の効果） 以り要するに、この発明は真空室内に設置されたレーザ
ーウェハーの表面にガス分子、中性ラジカルを接触させ
ると、これ等のガス分子、中性ラジカルかレーザーウェ
ハー表面に吸着され、レーザーウェハーとの間で化学反
応を起し、レーザーウェハー表面をエツチングするもの
であり、エツチング処理か高真空室内で行なわれるため
、従来のウェットエツチングのように大気中で１７−ザ
ーウエハーの表面が酸化されることもない。

また、真空室内でガス分子、中性ラジカルをレーザーウ
ェハーの表面に接触させてエツチングを行なうため、ウ
ェットエツチングに比べて微細加二［を行なうことかで
きる。

更に、この方法はレーザーウェハーの表面に接触したガ
ス分子、中性ラジカルがレーザーウェハー表面に吸着さ
れ、該表面との間の化学反応によりエツチングするため
、従来のドライエツチングのようにイオンの衝突により
エツチング面が損傷を受けるようなこともなく、また光
や集束イオンビームを使用したエツチングのようにエツ
チング面が光や集束イオンビームの強度分布に影響され
ることもない。

また、この発明によれば化合物半導体の結晶面に依存す
るエツチングを行なうことかでき、０ＥＩＣ等の半導体
レーザー共振器作製に最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を使用した半導体レーザー作製のプ
ロセスを示す図、第２図は同−Ｌのプロセス中エツチン
グ処理の一例を示す概略図、第３図は塩素の中性ラジカ
ル及び分子ガスを用いてＧａＡｓ半導体基板をエツチン
グした場合の半導体基板温度とエツチング速度の関係を
示す図である。 図中、ｌはｎ　−ＧａＡｓ基板、２ａはｎ　−ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層、２ｂはｐ　−ＡｌＧａＡｓクラッド層
、３はノンドープＧａＡｓ活性層、４はｐ　−ＧａＡｓ
キャウブ層、１３は中性ラジカル及び分子、１４はガス
導入口、１５は試験台、１６は半導体レーザーウェハー
。 第２図 １６　１’１ 第３図 暴孫２渦麿（０Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体レーザーウェハーの、レーザー共振器端面を形成
   するために設けられた、被加工部に、真空室内で、ガス
   分子、放電プラズマより発生した中性ラジカルを接触さ
   せ、該被加工部のエッチングを行なうようにしたことを
   特徴とする半導体レーザー装置の製造法。