KR100855425B1 - Semiconductor laser device, and fabrication method of the device - Google Patents
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Abstract
반도체 기판(102) 상에, 제1 도전형의 클래드층(103)과, 활성층(104)과, 제2 도전형의 제1 클래드층(105)과, 수평 가로 방향의 광 가둠을 행하기 위한 리지형 스트라이프형상의 제2 도전형의 제2 클래드층(108)과, 상기 리지 상의 적어도 일부를 제외하고 형성된 전류 블록층(107)을 구비하고, 상기 리지의 스트라이프 방향으로 수직인 단면에 있어서, 상기 리지의 양측면의 각각이 반도체 기판 표면에 대하여 거의 수직으로서 상기 리지 상단으로부터 아래쪽으로 연장되는 제1 면(118)과, 리지 가장자리 부분에 있어서 리지 외측을 향하여 비스듬히 아래쪽 방향으로 경사하는 거의 직선 형상의 가장자리 부분 경사면으로 이루어지는 제2 면(119)을 갖고, 제1 면과 제2 면은 직접 접속하고 있거나, 제3 중간면을 통하여 접속하고 있고, 제2 면에는 상기 제2 클래드층을 구성하는 반도체의 (111)면이 노출하고 있는 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치. 본 발명에 있어서는 고 킹크 레벨, 저 동작 전류의 고출력 반도체 레이저 장치를 제공할 수 있다. On the semiconductor substrate 102, for trapping light in the horizontal and horizontal directions with the cladding layer 103 of the first conductivity type, the active layer 104, the first cladding layer 105 of the second conductivity type, and the like. In the cross-section perpendicular to the stripe direction of the ridge having a second cladding layer 108 of the second conductivity type of the ridge stripe shape and a current block layer 107 formed except at least a portion on the ridge, A first surface 118 extending downwardly from the top of the ridge substantially perpendicular to the surface of the semiconductor substrate, and substantially straight inclined downwardly toward the outside of the ridge at the ridge edge; It has the 2nd surface 119 which consists of an edge part inclined surface, The 1st surface and the 2nd surface are directly connected, or are connected through the 3rd intermediate surface, and the 2nd surface comprises the said 2nd cladding layer. The ridge stripe type semiconductor laser device that is a semiconductor (111) is exposed. In the present invention, a high output semiconductor laser device having a high kink level and a low operating current can be provided.
Description
본 발명은 광디스크 장치, 정보 처리 장치 등의 광원으로서 사용되는 반도체 레이저 장치와 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
DVD 등 광디스크의 고밀도 기록화의 진전에 수반하여, 재생뿐만 아니라 DVD-RAM이나 DVD-RW 등의 기록용 DVD 드라이브가 제품화되고 있다. 그리고, 그 기록 배속은 고속화의 일로를 걷고 있다.With the progress of high-density recording of optical discs such as DVDs, not only playback but also DVD drives for recording such as DVD-RAM and DVD-RW have been commercialized. And the speed of recording is on the rise in speed.
이러한 기록용 DVD 드라이브의 기록 배속 고속화에 대응하여, 그 광원으로서 사용되는 반도체 레이저의 고출력화의 요망이 강하게 높아지고 있다. 반도체 레이저의 고출력화의 수단으로서 여러 가지 제안이 이루어지고 있지만, 활성층 상부의 클래드층을 가공하여, 수직성·대칭성이 높은 리지형 스트라이프를 형성하는 것을 유효한 수단의 하나로서 들 수 있다. 한편, 수직성·대칭성이 높다는 것은, 리지의 길이 방향(스트라이프 방향)에 대하여 수직인 단면에서의 리지 측벽면(측면)이 이루는 각도가, 반도체 기판 표면에 대하여 거의 수직으로 가까운 것, 대칭성이 높다는 것은, 상기 리지의 단면 형상이 좌우 대칭인 대칭성이 좋은 것을 뜻하고 있다. 한편, 본 발명에 있어서 리지 스트라이프 방향에 대하여 수직인 단면이란 리 지 길이 방향을 직각으로 가로지르는 방향의 단면인 것을 의미하고 있다. In response to such a high recording speed of recording DVD drives, the demand for higher output power of semiconductor lasers used as the light sources is increasing. Various proposals have been made as a means for increasing the output power of a semiconductor laser. One of the effective means is to form a ridge stripe having high verticality and symmetry by processing the cladding layer on the active layer. On the other hand, the high verticality and symmetry means that the angle formed by the ridge sidewall surface (side surface) in the cross section perpendicular to the longitudinal direction (stripe direction) of the ridge is almost perpendicular to the surface of the semiconductor substrate and has high symmetry. This means that the cross-sectional shape of the ridge is good symmetry. In addition, in this invention, the cross section perpendicular | vertical with respect to the ridge stripe direction means the cross section of the direction which traverses a ridge length direction at right angles.
리지의 길이 방향(스트라이프 방향)에 대하여 수직인 단면에서의 리지 형상의 수직성·대칭성을 향상시키고, 전류 분포 형상과 광 분포 형상이 동등해지도록 제어함으로써, 고출력화의 과제가 되는 킹크 레벨을 향상시킬 수 있다. 또한, 리지 톱 치수를 보텀 치수와 거의 동등하게 함으로써, 전류 주입 시의 열저항을 감소시킬 수 있고 저동작 전류를 실현할 수 있다. The kink level, which becomes a problem of high output, is improved by improving the verticality and symmetry of the ridge shape in the cross section perpendicular to the longitudinal direction (stripe direction) of the ridge and making the current distribution shape and the light distribution shape equal. You can. In addition, by making the ridge top dimension almost equal to the bottom dimension, the thermal resistance at the time of current injection can be reduced and a low operating current can be realized.
그러나, 예컨대 발진 파장 650㎚ 대의 가시광 반도체 레이저의 경우, GaInP 층의 자연 초격자(질서화 구조) 형성을 억제하기 위해서 기판 방위를 (100)면으로부터 [011] 방향으로 10°정도 경사시킨 오프각을 갖는 반도체 기판을 이용하는 것이 일반적이고, 습식 에칭 기술을 이용하여 리지형 스트라이프를 형성하면, 리지의 길이 방향(스트라이프 방향)에 대하여 수직인 단면에서의 리지 형상은 기판 오프각을 반영하여 좌우 비대칭이 된다. 또한, 습식 에칭법에서는 에칭 마스크에 대한 클래드층의 사이드 에칭량이 크기 때문에, 리지의 길이 방향(스트라이프 방향)에 대하여 수직인 단면에서의 리지 형상은, 그 벽면의 수직성이 낮은 사다리꼴 형상이 된다. 이상의 점에서, 리지의 길이 방향(스트라이프 방향)에 대하여 수직인 단면에서의 리지 형상의 비대칭성의 개선, 수직성의 향상은 매우 곤란하였다. However, for example, in the case of a visible light semiconductor laser having an oscillation wavelength of 650 nm, in order to suppress the formation of a natural superlattice (ordered structure) of the GaInP layer, an off angle in which the substrate orientation is inclined by about 10 ° from the (100) plane is used. It is common to use a semiconductor substrate having a ridge, and when a ridge stripe is formed using a wet etching technique, the ridge shape in the cross section perpendicular to the longitudinal direction (stripe direction) of the ridge becomes asymmetrical to the left and right reflecting the substrate off angle. . In the wet etching method, since the side etching amount of the cladding layer with respect to the etching mask is large, the ridge shape in the cross section perpendicular to the longitudinal direction (stripe direction) of the ridge becomes a trapezoidal shape having low verticality of the wall surface. In view of the above, it is very difficult to improve the asymmetry of the ridge shape and the verticality in the cross section perpendicular to the longitudinal direction (stripe direction) of the ridge.
최근, 건식 에칭과 습식 에칭을 병용하여 리지형 스트라이프를 형성하고, 리지의 길이 방향(스트라이프 방향)에 대하여 수직인 단면에서의 리지 형상의 수직성·대칭성을 향상시키는 기술이 제안되어 있다(예컨대, 일본 공개특허공보2003-69154호 참조). 건식 에칭은 이방성 에칭이 가능하기 때문에, 습식 에칭만으로 리 지형 스트라이프를 형성하는 경우에 비교해서, 리지의 길이 방향(스트라이프 방향)에 대하여 수직인 단면에 있어서, 수직성·대칭성이 개선된 리지 형상이 얻어진다. 또한, 건식 에칭 후의 습식 에칭에 의해 건식 에칭 시의 플라즈마에 의해 생긴 손상층의 제거를 행하고 있다. In recent years, a technique has been proposed in which dry etching and wet etching are used together to form a ridge stripe, and the verticality and symmetry of the ridge shape in a cross section perpendicular to the longitudinal direction (stripe direction) of the ridge have been proposed (for example, See Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2003-69154). Since dry etching is anisotropically etched, a ridge shape having improved verticality and symmetry in a cross section perpendicular to the longitudinal direction (stripe direction) of the ridge compared to the case of forming a re-terrain stripe by wet etching alone. Obtained. In addition, the damage layer formed by the plasma at the time of dry etching is removed by the wet etching after dry etching.
또한, 리지의 길이 방향(스트라이프 방향)에 대하여 수직인 단면에서의 리지 형상의 수직성·대칭성을 향상시키기 위해서, 건식 에칭만으로 리지형 스트라이프를 형성하는 기술이 제안되어 있다(예컨대, 일본 공개특허공보2000-294877호 참조). 이 기술에 의해, 건식 에칭과 습식 에칭을 병용하여 리지형 스트라이프를 형성하는 경우에 비하여, 리지의 길이 방향(스트라이프 방향)에 대하여 수직인 단면에 있어서 대칭성·수직성이 보다 개선된 리지 형상이 얻어진다. Moreover, in order to improve the perpendicularity and symmetry of the ridge shape in the cross section perpendicular | vertical to the longitudinal direction (stripe direction) of a ridge, the technique of forming a ridge stripe only by dry etching is proposed (for example, Unexamined-Japanese-Patent No. JP-A). 2000-294877). By this technique, a ridge shape having more improved symmetry and verticality in a cross section perpendicular to the longitudinal direction (stripe direction) of the ridge is obtained as compared with the case of forming a ridge stripe by using dry etching and wet etching together. Lose.
여기서, 일본 공개특허공보2003-69154호의 실시예 1과 3에 나타난 종래 기술에서의 반도체 레이저 장치 및 그 제조 방법에 관해서, 도 3, 도 4를 이용하여 설명한다. 도 3은 일본 공개특허공보2003-69154호의 실시예 1과 3에 기재된 반도체 레이저 장치의 구조, 도 4는 그 제작 공정을 도시한 모두가 리지형 스트라이프의 길이 방향으로 수직인 방향에서 본 단면도이다. Here, the semiconductor laser device in the prior art shown in Examples 1 and 3 of JP 2003-69154 A and a manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS. 3 and 4. 3 is a sectional view of the structure of the semiconductor laser devices of Examples 1 and 3 of JP-A-2003-69154, and FIG. 4 is a cross sectional view of the fabrication process, all of which show the manufacturing process, in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the ridge stripe.
도 3 및 도 4a에 도시하는 바와 같이, n형 GaAs 기판(301) 상에 n형 AlGaAs 클래드층(303), 양자 우물 구조의 활성층(304), p형 AlGaAs 클래드층(305), p형 AlGaAs 에칭 스톱층(306), p형 AlGaAs 클래드층(307), p형 GaAs 캡층(309)을 유기 금속 기상 성장법(이하 MOCVD법)에 의해 순차 에피텍셜 성장시킨다(한편, 도 4에서는, 도 3의 n형 GaAs 기판(301), n형 AlGaAs 클래드층(303), 양자 우물 구조의 활 성층(304)에 상당하는 층의 도시를 생략하고 있음). 그 후, p형 GaAs 캡층(309)의 표면 상에 포토레지스트를 도포하고, 포토리소그라피 기술에 의해 포토레지스트의 리지형 스트라이프 패턴(313)을 형성한다. 3 and 4A, an n-type
여기서, AlGaInP계 적색 반도체 레이저 장치를 제작하는 경우, p형 클래드층(307)과 p형 GaAs 캡층(309) 사이에 p형 중간층(예컨대 p형 GaInP 중간층)을 퇴적한다(도시하지 않음). Here, when fabricating an AlGaInP system red semiconductor laser device, a p-type intermediate layer (for example, a p-type GaInP intermediate layer) is deposited between the p-
또한, 리지형 스트라이프 패턴(313)은 포토레지스트를 이용하여 작성되어 있지만, Si02 등의 유전체를 이용해도 좋다. The
다음에 도 4b에 도시하는 바와 같이, 건식 에칭 기술을 이용하여 p형 GaAs 캡층(309) 및 p형 클래드층(307)을, p형 클래드층(307)의 아래에 형성된 p형 에칭 스톱층(306)의 위 50㎚∼350㎚의 위치까지 에칭한다. Next, as shown in FIG. 4B, the p-type
다음에 도 4c에 도시하는 바와 같이, p형 에칭 스톱층(306)에 도달할 때까지 습식 에칭을 행하고, p형 AlGaAs 클래드층(307)과 p형 GaAs 캡층(309)으로 이루어지는 리지형 스트라이프를 형성한다. Next, as shown in FIG. 4C, wet etching is performed until the p-type
다음에 도 4d에 도시하는 바와 같이, 포토레지스트(313)를 제거한 후, MOCVD 법으로써 n형 전류 블록층(310)을 퇴적시키고, 습식 에칭에 의해 전류 주입 영역의, 즉 p형 GaAs 캡층(309) 면 상의 전류 블록층을 제거한다. 그 후, 재차 MOCVD법으로써 p형 GaAs 콘택트층(311)을 형성하고, 반도체 레이저 웨이퍼를 완성시킨다(완성품은 도 3 참조). Next, as shown in FIG. 4D, after removing the
상기의 제조 방법에 의해, AlGaAs계 적외 반도체 레이저 장치, 및 AlGaInP계 적색 반도체 레이저 장치에 관해서, 리지의 길이 방향(스트라이프 방향)에 대하여 수직인 단면에서의, 비교적 수직성·대칭성이 개선된 리지 형상이 얻어진다. 또한, 습식 에칭에 의해 에칭 깊이 제어, 건식 에칭 시의 플라즈마 손상층의 제거를 도모할 수 있다. Ridge shape with relatively improved verticality and symmetry in the cross section perpendicular to the longitudinal direction (stripe direction) of the ridge with respect to the AlGaAs infrared semiconductor laser device and the AlGaInP system red semiconductor laser device by the above-described manufacturing method. Is obtained. In addition, the etching depth control and the removal of the plasma damage layer during the dry etching can be achieved by wet etching.
이어서, 상기 일본 공개특허공보2003-69154호의 실시예 2에 나타난 종래 기술에서의 반도체 레이저 장치 및 그 제조 방법에 관해서, 도 5, 도 6을 이용하여 설명한다. 도 5는 일본 공개특허공보2003-69154호의 실시예 2에 기재된 반도체 레이저 장치의 구조, 도 6은 그 제작 공정을 도시한 각각 리지형 스트라이프의 길이 방향에 수직인 방향에서 본 단면도이다. Next, the semiconductor laser device in the prior art shown in Example 2 of Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-69154, and its manufacturing method are demonstrated using FIG. 5, FIG. Fig. 5 is a structure of the semiconductor laser device according to Example 2 of JP-A-2003-69154, and Fig. 6 is a sectional view seen from a direction perpendicular to the longitudinal direction of each ridge stripe showing the manufacturing process.
도 5 및 도 6a에 도시하는 바와 같이, n형 GaAs 기판(501) 상에 n형 AlGaAs 클래드층(503), 양자 우물 구조의 활성층(504), p형 AlGaAs 클래드층(505), p형 에칭 스톱층(506), p형 AlGaAs 클래드층(507), p형 GaAs 캡층(509)을 MOVPE법에 의해 순차 에피텍셜 성장시킨다(한편, 도 6에서는 도 5의 n형 GaAs 기판(501), n형 AlGaAs 클래드층(503), 양자 우물 구조의 활성층(504)에 상당하는 층의 도시를 생략하고 있음). 그 후, p형 GaAs 캡층(509)의 표면 상에 Al2O3 등의 유전체를 퇴적하여, 포토리소그라피 기술에 의해 상기 Al2O3 등의 유전체로 이루어지는 리지형 스트라이프 패턴(513)을 마스크로서 형성한다. 5 and 6A, an n-type
여기서, p형 에칭 스톱층(506)은 레이저 광을 흡수하지 않은 밴드 갭을 갖는 In을 포함하는 층이나, 또는 양자 효과가 얻어지도록 설계된 층 두께의 In을 포함하는 층으로, 예컨대 AlGaInP 혹은 GaInP이다. Here, the p-type
다음에 도 6b에 도시하는 바와 같이, p형 AlGaAs 클래드층(507) 및 p형 GaAs 캡층(509)을 p형 에칭 스톱층(506)에 도달할 때까지 건식 에칭을 행한다. Next, as shown in FIG. 6B, dry etching is performed until the p-type AlGaAs
건식 에칭에는 유도 결합형 플라즈마법(Inductively Coupled Plasma, 이하 ICP법)을 이용하고 있고, p형 에칭 스톱층(506)은 In을 포함하는 층을 이용하고 있기 때문에, 그 에칭 레이트는 p형 AlGaAs 클래드층(507) 및 p형 GaAs 캡층(509)과 비교하여 현저히 저하된다. 그 때문에, 건식 에칭에서는 에칭 스톱층(506)으로 에칭을 정지할 수 있다고 되어 있다. In dry etching, an inductively coupled plasma method (ICP method) is used. Since the p-type
다음에 도 6c에 도시하는 바와 같이, 플루오르산을 주성분으로 하는 약액으로 상기 Al2O3 등의 유전체로 이루어지는 리지형 스트라이프 패턴(513)의 마스크를 제거한 후, MOCVD법에 의해 전류 블록층(510)을 형성한다. 이어서, 포토레지스트를 이용한 포토리소그라피 기술에 의해 리지형 스트라이프 상에 성장한 전류 블록층(510)의 불필요 부분을 제거한 후, 유기 금속 화학 기상 에피택시법(이하 MOVPE법)으로 p형 GaAs 콘택트층(511)을 형성하고, 반도체 레이저 웨이퍼를 완성시킨다(완성품은 도 5 참조). Next, as shown in FIG. 6C, the mask of the
건식 에칭은 물리 현상인 스퍼터가 주요인이기 때문에, 재료에 따라서 에칭속도에 충분한 차이가 생기는, 충분히 큰 선택성의 확보가 곤란하지만, 상기의 제조방법에서는 In을 포함한 에칭 스톱층을 이용함으로써, 건식 에칭에서의 선택성을 확보하고 있다고 되어 있다. 이에 따라, 건식 에칭만으로 고수직성·고대칭성의 리지 형성을 실현하고 있다. In dry etching, sputter, which is a physical phenomenon, is mainly used. Therefore, it is difficult to secure a sufficiently large selectivity that a sufficient difference in etching rate occurs depending on the material. However, in the above manufacturing method, dry etching is performed by using an etching stop layer containing In. It is said that the selectivity of is secured. As a result, the formation of ridges having high verticality and high symmetry only by dry etching.
다음에, 일본 공개특허공보2000-294877호에 나타난 종래 기술에서의 반도체 레이저 장치 및 그 제조방법에 관해서, 도 7, 도 8을 이용하여 설명한다. 도 7은 일본 공개특허공보2000-294877호에 기재된 반도체 레이저 장치의 구조, 도 8은 그 제작 공정을 도시한 각각 리지형 스트라이프의 길이 방향에 수직인 방향에서 본 단면도이다. Next, a semiconductor laser device and its manufacturing method in the prior art shown in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-294877 will be described with reference to FIGS. Fig. 7 is a structure of the semiconductor laser device described in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2000-294877, and Fig. 8 is a sectional view seen from a direction perpendicular to the longitudinal direction of each of the ridge stripe showing the manufacturing process.
도 7 및 도 8a에 도시하는 바와 같이, n형 GaAs 기판(702) 상에 MOCVD법에 의해, n형(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 클래드층(703), GaInP/AlGaInP 다중 양자 우물 구조 활성층(704), p형(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 클래드층(707), p형 GaInP 헤테로 완충층(708), p형 GaAs 캡층(709)을 순차 에피텍셜 성장시킨다. 그 후, SiO2막을 기판 전면에 성막하고 포토리소그라피 기술에 의해 SiO2 스트라이프(713)를 형성한다. As shown in FIG. 7 and FIG. 8A, an n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P clad
다음에 도 8b에 도시하는 바와 같이, Si02 스트라이프(713)를 마스크로 하고, 건식 에칭 기술을 이용하여 p형 GaAs 캡층(709)과, p형 GaInP 헤테로 완충층(708), p형(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 클래드층(707)의 일부를 에칭하여 리지형 스트라이프를 형성한다. Next, as shown in FIG. 8B, using a Si0 2 stripe 713 as a mask, p-type
다음에 도 8c에 도시하는 바와 같이, MOCVD법으로 SiO2 스트라이프(713)를 마스크로 하여, n형 AlInP 전류 블록층(705), n형 GaAs 전류 블록층(706)을 순차 에피텍셜 성장시킨다. Next, as shown in FIG. 8C, the n-type AlInP
다음에 도 8d에 도시하는 바와 같이, SiO2 스트라이프(713)를 제거하고, MOCVD법으로 기판 전면에 p형 GaAs 콘택트층(710)을 성장시킨다. 최후에, p측 전극(711), n측 전극(701)을 형성하여 반도체 레이저 장치를 제작한다. Next, as shown in FIG. 8D, the SiO 2 stripe 713 is removed, and the p-type
상기의 제조방법에 의해, 건식 에칭만으로 리지형 스트라이프를 형성할 수 있고, 리지의 길이 방향(스트라이프 방향)에 대하여 수직인 단면에 있어서 대칭성·수직성이 높은 리지 형상이 얻어진다. By the above manufacturing method, a ridge stripe can be formed only by dry etching, and a ridge shape having high symmetry and verticality in a cross section perpendicular to the longitudinal direction (stripe direction) of the ridge is obtained.
킹크 레벨의 향상에는, 리지의 길이 방향(스트라이프 방향)에 대하여 수직인 단면에서의 리지 형상이, 반도체 기판을 밑으로 하여 좌우 대칭인 것이 요구된다. 이에 따라, 캐리어 분포 형상과 광 분포 형상의 차이가 작아지고, 홀 버닝 현상이 억제되며, 리지의 길이 방향(스트라이프 방향)에 대하여 수직인 단면에서의 리지 형상의 비대칭성에 기인하는 가로 모드의 불안정성이 해소된다. To improve the kink level, the ridge shape in the cross section perpendicular to the longitudinal direction (stripe direction) of the ridge is required to be symmetrical with the semiconductor substrate facing downward. As a result, the difference between the carrier distribution shape and the light distribution shape is reduced, the hole burning phenomenon is suppressed, and the instability of the transverse mode due to the asymmetry of the ridge shape in the cross section perpendicular to the longitudinal direction (stripe direction) of the ridge is Resolved.
또한, 고출력 반도체 레이저 장치에 있어서는, 리지 측벽면의 형상은 반도체기판 표면에 대하여 수직이고, 리지 높이의 보다 높은 리지형 스트라이프인 것이 요구된다. 리지 높이가 낮으면, 활성층으로부터 넓어진 레이저 광이 p형 캡층 등에 흡수되기 때문에, 임계값 전류의 증가나 미분 양자 효율의 저하 등의 특성의 저하에 연결되기 쉽다. 리지 바닥부의 폭은 전류 통로 폭을 규제할 뿐 아니라 광 가둠의 강도도 규제하기 때문에, 통상, 리지 바닥부의 폭을 기준으로 하여 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 설계가 행해진다. 리지 형상의 수직성이 저하되 면, 리지 바닥부의 폭을 설계대로 유지한 채로 리지 높이를 높게 하면, 리지의 톱면의 폭이 좁아진다. 즉 종래 프로세스에서는, 리지 바닥면의 치수가 동일하고, 리지 톱치수가 좁아지는 사다리꼴 형상(순 메사형상)이 되기 때문에, 리지 톱치수가 작아져 p측 전극과의 콘택트 저항이 상승하고, 임계값 등의 특성이 저하되는 경향이 된다. 따라서, 활성층으로부터의 광의 확대가 큰 고출력 반도체 레이저에서는, 이들의 문제를 피하기 위해서 높은 리지 높이를 갖고 있어도 리지 톱면의 폭이 좁아지지 않는 리지형 스트라이프의 형성이 요구된다. In addition, in the high power semiconductor laser device, the shape of the ridge sidewall surface is required to be perpendicular to the surface of the semiconductor substrate and to be a higher ridge stripe of ridge height. When the ridge height is low, the laser light widened from the active layer is absorbed by the p-type cap layer or the like, and therefore is likely to be connected to a decrease in characteristics such as an increase in the threshold current and a decrease in the differential quantum efficiency. Since the width of the ridge bottom portion not only regulates the current passage width but also the intensity of light confinement, the ridge stripe type semiconductor laser device is usually designed based on the width of the ridge bottom portion. If the ridge shape perpendicularity decreases, if the ridge height is increased while maintaining the width of the ridge bottom as designed, the width of the top surface of the ridge becomes narrow. That is, in the conventional process, since the ridge bottom surface has the same dimensions and becomes a trapezoidal shape (net mesa shape) in which the ridge top dimension is narrowed, the ridge top dimension is decreased, and the contact resistance with the p-side electrode is increased, and the threshold value is increased. This tends to lower the characteristics of the back. Therefore, in the high power semiconductor laser having a large expansion of light from the active layer, in order to avoid these problems, formation of a ridge stripe in which the width of the ridge top surface does not become narrow even with a high ridge height is required.
또한, 신뢰성 향상을 위해, 건식 에칭 시의 플라즈마에 의한 손상층의 제거를 행하는 것이 요구된다. 플라즈마에 의한 손상이 기판에 잔류하면, 반도체 레이저 동작시에 발생하는 열에 의해 결정 결함이 새롭게 발생하고 소자 열화에 연결되기 때문이다. In addition, in order to improve the reliability, it is required to remove the damaged layer by plasma during dry etching. This is because if the damage caused by the plasma remains on the substrate, crystal defects are newly generated by the heat generated during the operation of the semiconductor laser and lead to element deterioration.
도 3 및 도 4에 도시한 일본 공개특허공보2003-69154호의 실시예 1과 3에 기재된 제조방법에서는, 습식 에칭 기술만으로 형성한 경우와 비교하여, 리지의 길이 방향(스트라이프 방향)에 대하여 수직인 단면에 있어서, 수직성·대칭성이 향상된 리지 형상이 얻어지지만, 에칭 깊이 제어·플라즈마 손상층 제거를 목적으로 한 습식 에칭에 의해, 리지 톱부에 사이드 에칭이 발생하여 수직성이 저하된다. 특히, AlGaInP계 적색 반도체 레이저 장치에 있어서는, 일반적으로 오프각을 갖는, 구체적으로는 표면이 [011] 방향으로 경사한 (100)면인 반도체 기판을 이용하기 때문에, 도 4c에 도시하는 바와 같이 리지의 길이 방향(스트라이프 방향)에 대하여 수직인 단면에서의 리지 형상의 대칭성이 저하된다. In the manufacturing methods described in Examples 1 and 3 of JP-A-2003-69154 shown in Figs. 3 and 4, the manufacturing method described in Figs. 3 and 4 is perpendicular to the longitudinal direction (stripe direction) of the ridge, as compared with the case formed only by the wet etching technique. In the cross section, a ridge shape having improved verticality and symmetry is obtained, but by wet etching for the purpose of etching depth control and plasma damage layer removal, side etching occurs in the ridge top portion, thereby degrading the verticality. In particular, in the AlGaInP-based red semiconductor laser device, since a semiconductor substrate having an off angle, specifically, a (100) plane whose surface is inclined in the direction, is used, as shown in FIG. The symmetry of the ridge shape in the cross section perpendicular to the longitudinal direction (stripe direction) is lowered.
또한, 이용하는 습식 에칭 약액은 대부분의 경우, p형 GaAs 캡층(309)을 에칭하지 않고 p형 클래드층(307)만을 에칭한다. p형 클래드층(307)은 AlGaAs계 적외 반도체 레이저 장치의 경우는 AlGaAs로 이루어지고, AlGaInP계 적색 반도체 레이저 장치의 경우는 AlGaInP로 이루어지고 있다. 따라서, 도 4c에 도시하는 바와 같이, p형 클래드층(307)의 리지 측면만이 선택적으로 에칭되고, P형 GaAs 캡층(309) 직하의 p형 클래드층(307)의 상부는 원하는 리지 톱치수보다 좁아지고, 리지 톱부의 양측에 p형 GaAs 캡층(309)이 돌출한 차양형상의 오버행이 형성된다. In addition, the wet etching chemicals used in most cases etch only the p-
리지의 길이 방향(스트라이프 방향)에 대하여 수직인 단면에 있어서, 이러한 리지 형상을 갖는 기판 상에 n형 전류 블록층(310)을 형성한 경우, 오버행 직하는 에피텍셜 성장이 완전히 되지 않아 공동이 생기고, 그 후의 공정에 있어서도 공동은 소멸하지 않고 완성된 반도체 레이저 장치 중에 잔존한다. In the cross section perpendicular to the longitudinal direction (stripe direction) of the ridge, when the n-type
이러한 공동은, 레이저 장치 내에서의 발진광을 산란시켜, 도파 손실의 원인이 되고, 미분 양자 효율의 저하, 임계값 전류나 동작 전류의 증가 등 소자 특성에 악영향을 준다.Such a cavity scatters oscillation light in a laser device, causes waveguide loss, and adversely affects device characteristics such as lowering of differential quantum efficiency and increasing threshold current or operating current.
또한, 일본 공개특허공보2003-69154호의 실시예 1과 3에 기재된 제조방법에서는, 리지 톱치수를 어느 정도의 크기로 확보하기 때문에, 안정된 결정면이 노출하기에 충분한 추가의 습식 에칭을 행할 수 없다. 따라서, 리지 가장자리에서의 리지 측벽면은 예컨대 (100)면과 같이 안정된 단일 종류의 결정면은 노출되지 않고, 복수의 종류의 결정면이 노출된 상태가 되기 때문에, 전체적으로 연속하여 경사 각도가 변화하는 곡면이 되고, 리지 보텀 치수가 마스크 치수에 대하여 커진다. 또한, n형 AlInP 등 반도체층으로 이루어지는 전류 블록층을 이용한 경우, 에피텍셜 성장시키면, 이러한 복수의 종류의 결정면이 노출하고 있는 리지 가장자리에서는 에피텍셜 성장한 n형 AlInP 전류 블록층의 결정성이 저하된다. 이러한 마스크 치수에 대한 리지 치수의 증가, n형 AlInP 전류 블록층의 결정성 저하는 레이저 광의 수평 방사각의 불균일화, 임계값 전류나 동작 전류의 증가 등 소자 특성을 열화시킨다.In addition, in the production methods described in Examples 1 and 3 of JP-A-2003-69154, since the ridge top dimension is secured to a certain size, it is not possible to perform additional wet etching sufficient to expose a stable crystal plane. Therefore, since the ridge sidewall surface at the ridge edge is not exposed to a single crystal type that is stable like the (100) plane, but is exposed to a plurality of types of crystal planes, the curved surface of which the inclination angle is continuously changed as a whole becomes The ridge bottom dimension is increased with respect to the mask dimension. In the case of using a current block layer made of a semiconductor layer such as n-type AlInP, when epitaxially grown, the crystallinity of the n-type AlInP current block layer epitaxially grown is reduced at the ridge edge where the plurality of types of crystal planes are exposed. . The increase in the ridge dimension with respect to the mask dimension, the lowering of the crystallinity of the n-type AlInP current block layer, deteriorate device characteristics such as unevenness in the horizontal radiation angle of the laser light and an increase in the threshold current or the operating current.
또한, 일본 공개특허공보2003-69154호의 실시예 1과 3에 기재된 제조방법에서는, 웨이퍼면 내 및 웨이퍼면 사이에서의 습식 에칭 속도의 편차가 크기 때문에, 1장의 웨이퍼면 내에 여러 개의 반도체 레이저 장치를 제작하는 경우나, 나아가서는 여러 개의 웨이퍼 사이에 있어서도 형성되는 반도체 레이저 장치 사이의 리지 치수의 균일화가 곤란하고 수율 저하의 원인이 된다. Further, in the manufacturing methods described in Examples 1 and 3 of JP-A-2003-69154, the variation of the wet etching rate between the wafer surface and the wafer surface is large, so that a plurality of semiconductor laser devices are provided within one wafer surface. In the case of fabrication, and furthermore, the uniformity of the ridge dimensions between the semiconductor laser devices formed even among a plurality of wafers is difficult and causes a decrease in yield.
이어서, 도 5 및 도 6에 도시한 일본 공개특허공보2003-69154호의 실시예 2에 기재된 제조방법에서는, 건식 에칭만으로 리지를 형성하고 있기 때문에, 수직성·대칭성이 높은 리지 형상을 실현할 수 있고, 또한 In을 포함하는 에칭 스톱층을 이용함으로써 에칭 깊이의 제어성을 향상하고 있다. Subsequently, in the manufacturing method described in Example 2 of JP-A-2003-69154 shown in Figs. 5 and 6, since the ridge is formed only by dry etching, a ridge shape having high verticality and symmetry can be realized. Moreover, the controllability of etching depth is improved by using the etching stop layer containing In.
그러나, 건식 에칭 시의 플라즈마에 의한 손상층 제거는 행하고 있지 않고, 플라즈마에 의한 손상 잔류에 의한 조기 소자 열화라는 문제점은 개선되어 있지 않다. 또한, 리지 측면과 기판 표면이 이루는 각도가 커지면, SiN이나 SiO2 등의 유전체막을 전류 블록층으로서 이용한 경우, 리지 가장자리에 있어서 플라즈마 CVD법 등으로 SiN이나 SiO2 등의 유전체막을 형성하는 경우의 원료 가스가 공급 부족이 되어, 국소적으로 성막 속도가 작아지기 때문에, 리지 가장자리에서의 전류 블록층의 커버리지가 저하된다. 한편, n형 AlInP 등 반도체층을 전류 블록층으로서 이용한 경우, 이방성의 건식 에칭으로써 형성된 리지 측벽면 상에는 복수의 종류의 결정면이 노출하고 있기 때문에, 결정성 좋게 에피텍셜 성장을 할 수 없고 전류 블록층의 결정성이 저하된다. 이러한 발광 위치에 가까이, 발진광에 가장 영향을 주는 리지 가장자리에서의 SiN 전류 블록층의 커버리지 저하·n형 AlInP 전류 블록층의 결정성 저하는, 레이저 광의 수평 방사각의 불균일화, 임계값 전류나 동작 전류의 증가 등 소자 특성 열화에 연결된다. However, the removal of the damage layer by plasma during dry etching is not performed, and the problem of premature element deterioration due to damage residual by plasma is not improved. In addition, when the angle between the ridge side surface and the substrate surface is increased, when a dielectric film such as SiN or SiO 2 is used as the current block layer, a raw material for forming a dielectric film such as SiN or SiO 2 at the ridge edge by plasma CVD method or the like Since the gas is insufficient in supply and the deposition rate is locally decreased, the coverage of the current block layer at the ridge edge is reduced. On the other hand, when a semiconductor layer such as n-type AlInP is used as the current block layer, since a plurality of types of crystal surfaces are exposed on the ridge sidewall surface formed by anisotropic dry etching, epitaxial growth cannot be satisfactorily crystallized and the current block layer The crystallinity of is lowered. The near coverage of the emission position and the decrease in coverage of the SiN current block layer at the edge of the ridge which most affects the oscillation light, and the crystallinity deterioration of the n-type AlInP current block layer result in unevenness in the horizontal radiation angle of the laser light, It is connected to deterioration of device characteristics such as an increase in operating current.
또한, 전류 블록층과 반도체 기판 사이에서 스트레스가 생기고 있으면, 리지 하단에서 리지 측면과 기판 표면이 이루는 각도가 90도에 가까운 경우, 레이저 칩 폐쇄 개방시에 가해지는 충격에 의해, 리지 측면과 에칭 스톱층의 접합선 근방에 응력이 집중되고, 이 부분을 기점으로 하여 리지 가장자리부에 크랙이 발생하는 경우가 있다. 이에 수반하여 레이저 소자의 성능이 저하될 우려가 있다. In addition, when stress is generated between the current block layer and the semiconductor substrate, when the angle formed between the ridge side and the substrate surface at the lower end of the ridge is close to 90 degrees, the ridge side and the etching stop due to the impact applied when the laser chip is closed and opened. Stress is concentrated in the vicinity of the junction line of a layer, and a crack may arise in a ridge edge part from this part as a starting point. In connection with this, there exists a possibility that the performance of a laser element may fall.
또한, 상기의 제조방법은 AlGaAs계 적외 반도체 레이저 장치에 한정되는 것으로, AlGaInP계 적색 반도체 레이저 장치에는 적용할 수 없다. 또한, AlGaAs 클래드층에 박막의 GaInP 에칭 스톱층을 결정 성장시키는 경우, 조성·막두께·격자 부정의 제어성 및 결정성 저하가 과제가 되어 안정 생산이 어렵다. In addition, the above manufacturing method is limited to the AlGaAs-based infrared semiconductor laser device, and cannot be applied to the AlGaInP-based red semiconductor laser device. In addition, when the GaInP etching stop layer of a thin film is crystal-grown on an AlGaAs cladding layer, control of composition, film thickness, lattice irregularity, and crystallinity fall are difficult, and stable production is difficult.
이어서, 도 7 및 도 8에 도시한 일본 공개특허공보2000-294877호에 기재된 제조방법에서는, 리지의 길이 방향(스트라이프 방향)에 대하여 수직인 단면에 있어서, 건식 에칭만으로 고수직성·고대칭성의 리지 형상을 실현하고 있지만, 건식 에칭 시의 플라즈마에 의한 손상층 제거를 행하고 있지 않다. Subsequently, in the manufacturing method described in JP 2000-294877 shown in Figs. 7 and 8, in the cross section perpendicular to the longitudinal direction (stripe direction) of the ridge, only the dry etching is used for high vertical and high symmetry ridge. Although the shape is realized, the damage layer by plasma at the time of dry etching is not removed.
또한, 에칭 스톱층을 구비하고 있지 않기 때문에, 건식 에칭 깊이를 제어할 수 없고, 예컨대 웨이퍼면 내에 있어서 복수의 반도체 레이저 장치를 작성하는 경우, 혹은 반도체 레이저 장치가 형성된 복수의 웨이퍼 사이에 있어서 각 반도체 레이저 장치 사이에서의 리지 높이 균일성이 저하된다. In addition, since the etching stop layer is not provided, the dry etching depth cannot be controlled, for example, when a plurality of semiconductor laser devices are produced in the wafer surface, or between a plurality of wafers on which semiconductor laser devices are formed. Ridge height uniformity between laser devices is lowered.
또한, 일본 공개특허공보2003-69154호의 실시예 2와 마찬가지로, 리지 측벽면과 기판 표면이 이루는 각도가 커지기 때문에, 전류 블록층에 SiN이나 SiO2 등 유전체막을 적용한 경우, 리지 가장자리에 있어서 상기와 마찬가지로 플라즈마 CVD법 등으로 SiN이나 SiO2 등의 유전체막을 형성하는 경우의 원료 가스가 공급 부족이 되고, 국소적으로 성막 속도가 작아지기 때문에, 리지 가장자리에서의 전류 블록층의 커버리지가 저하되고 리지 가장자리에서의 전류 리크가 발생할 우려가 있다. 또한, n형 AlInP 등 반도체층을 전류 블록층으로서 이용한 경우, 이방성의 건식 에칭으로써 형성된 리지 측벽면 상에는 복수의 결정면이 노출하고 있기 때문에, 결정성 좋게 에피텍셜 성장을 할 수 없고, 전류 블록층의 결정성이 저하된다. In addition, as in Example 2 of JP-A-2003-69154, the angle between the ridge sidewall surface and the substrate surface increases, so that when a dielectric film such as SiN or SiO 2 is applied to the current block layer, the ridge edge is similar to the above. In the case where a dielectric film such as SiN or SiO 2 is formed by plasma CVD or the like, the supply gas becomes insufficient and the film formation speed is locally decreased. Therefore, the coverage of the current block layer at the ridge edge is reduced and at the ridge edge There is a possibility that current leakage occurs. In addition, when a semiconductor layer such as n-type AlInP is used as the current block layer, a plurality of crystal surfaces are exposed on the ridge sidewall surface formed by anisotropic dry etching, so that epitaxial growth cannot be satisfactorily crystallized, and Crystallinity is lowered.
또한, 일본 공개특허공보2003-69154호의 실시예 2와 마찬가지로 리지 측벽면과 기판 표면이 이루는 각도가 크기 때문에, 리지 가장자리부에서의 크랙 발생의 우려가 있다. In addition, as in Example 2 of JP-A-2003-69154, the angle formed between the ridge sidewall surface and the substrate surface is large, and there is a risk of cracking at the ridge edge.
본 발명은 상기 종래의 문제를 감안하여, 수직성·대칭성이 뛰어난 리지 형성을 갖고 높은 킹크 레벨을 갖는 출력이 개선된 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히 본 발명은 건식 에칭과 습식 에칭을 병용한 리지형 스트라이프 형성 방법에 있어서, 건식 에칭 후의 리지 측벽면에 측벽 보호층을 형성하고, 계속되는 습식 에칭 시에서의 리지 톱의 사이드 에칭을 억제함으로써 건식 에칭 시의 플라즈마에 의한 손상층이 없는 고수직성·고대칭성의 리지 형성을 실현하는 것에 성공하고, 또한, 본 발명은 습식 에칭 시에 리지 가장자리에 있어서 노출하는 결정 면수를 감소시켜 거의 직선 형상의 경사면을 형성함으로써, 치수 편차가 작은 리지의 안정 형성, SiN이나 SiO2 등 유전체막으로 이루어지는 전류 블록층의 리지 가장자리에서의 커버리지성 향상, n형 AlInP 등 반도체층으로 이루어지는 전류 블록층의 리지 가장자리에서의 결정성을 향상시키는 등에 의해, 수직성·대칭성이 뛰어난 리지 형성을 갖고, 높은 킹크 레벨을 갖는 출력이 개선된 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 리지 측벽면에 형성하는 측벽 보호층 두께와, 습식 에칭 시의 사이드 에칭량을 조정함으로써, 1장의 웨이퍼면 내에 복수개의 반도체 레이저 장치를 제작하는 경우나, 나아가서 복수개의 웨이퍼 사이에 있어서도 형성되는 반도체 레이저 장치 사이의 리지 치수를 편차없이 균일하게 형성하는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above conventional problems, an object of the present invention is to provide a ridge stripe type semiconductor laser device having a ridge formation excellent in verticality and symmetry and having an improved output having a high kink level, and a method of manufacturing the same. In particular, the present invention provides a method for forming a ridge stripe using both dry etching and wet etching, wherein the sidewall protective layer is formed on the ridge sidewall after dry etching, and dry etching is performed by suppressing side etching of the ridge top during subsequent wet etching. It succeeds in realizing the formation of a highly vertical and highly symmetrical ridge without a damage layer by plasma at the same time, and the present invention also reduces the number of crystal surfaces exposed at the edge of the ridge during wet etching, thereby reducing the inclined surface of almost linear shape. By forming, stable stability of the ridge with small dimensional deviation, improvement of coverage at the ridge edge of the current block layer made of a dielectric film such as SiN or SiO 2 , crystal at the ridge edge of the current block layer made of a semiconductor layer such as n-type AlInP Kink has high ridge formation superior in perpendicularity and symmetry by improving the property An object of the present invention is to provide a ridge stripe type semiconductor laser device having an improved output having a level and a method of manufacturing the same. Moreover, this invention adjusts the thickness of the side wall protective layer formed in the ridge side wall surface, and the side etching amount at the time of a wet etching, and manufactures several semiconductor laser apparatuses in one wafer surface, Furthermore, between several wafers An object of the present invention is to provide a manufacturing method for uniformly forming ridge dimensions between semiconductor laser devices to be formed without variation.
상기의 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치는, 화합물 반도체 기판 상에 제1 도전형의 클래드층과, 활성층과, 제2 도전형의 제1 클래드층과, 에칭 스톱층과, 스트라이프형상의 리지에 형성된 제2 도전형의 제2 클래드층과, 상기 리지 상의 적어도 일부를 제외하고 형성된 전류 블록층을 구비한 반도체 레이저 장치로서, 상기 리지의 스트라이프 방향에 수직인 단면 형상에 있어서, 상기 리지의 양 측면의 각각이 반도체 기판 표면에 대하여 거의 수직으로서 상기 리지 상단에서 아래쪽으로 연장되는 제1 면과, 리지 가장자리 부분에 있어서 리지 외측을 향하여 비스듬히 아래쪽 방향으로 경사하는 거의 직선 형상의 가장자리부분 경사면으로 이루어지는 제2 면을 갖고, In order to achieve the above object, a ridge stripe type semiconductor laser device of the present invention comprises a cladding layer of a first conductivity type, an active layer, a first cladding layer of a second conductivity type, and an etching stop layer on a compound semiconductor substrate. A semiconductor laser device comprising a second cladding layer of a second conductivity type formed on a stripe ridge and a current block layer formed by excluding at least a portion of the ridge, in a cross-sectional shape perpendicular to the stripe direction of the ridge. A first surface extending downwardly from the top of the ridge as being substantially perpendicular to a surface of the semiconductor substrate, and a substantially straight edge inclined downwardly obliquely toward the outside of the ridge at the ridge edge; Has a second surface consisting of a partial inclined surface,
상기 제1 면과 상기 제2 면은,The first surface and the second surface,
(a) 직접 접속하고 있거나, (a) is directly connected,
(b) 상기 제1 면과 상기 제2 면이 제3 중간면을 통해 접속하고 있고, 상기 제3 중간면은, (b) the first surface and the second surface are connected via a third intermediate surface, and the third intermediate surface is
(b1) 리지 외측에 튀어나온 상태의, 상기 반도체 기판 표면과 거의 평행이고, 상기 단면에 있어서 길이가 0.2㎛ 이하인 거의 직선 형상의 단차 스텝면이거나, (b1) a substantially straight step step surface that is substantially parallel to the surface of the semiconductor substrate and protrudes outside the ridge and has a length of 0.2 μm or less in the cross section;
또는, or,
(b2) 아래쪽을 향하여 비스듬히 리지 외측에 튀어나오는, 직선 형상, 내지는 리지 내측 방향으로 돌출된 곡선형상의 경사 중간면을 통해 접속하고 있고, (b2) it is connected through a curved inclined intermediate surface protruding outwardly from the ridge obliquely downward and protruding in the ridge inward direction,
상기 제2 면에는 상기 제2 클래드층을 구성하는 반도체의 (111)면이 노출하고 있는 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치이다. The second surface is a ridge stripe type semiconductor laser device in which the (111) surface of the semiconductor constituting the second clad layer is exposed.
여기서, 상기의 제1 면과 제2 면의 각각은, 리지 측면 형상에 있어서 거의 직선 형상이다. 즉, 2개의 경사면의 각각은 거의 평탄면으로 이루어지는 경사면이고, 이들 제1 면과 제2 면이 직접 접속하고 있는 경우에는, 이들의 2개의 면사이의 접속부는 상기 단면 형상에서는 굴절점을 갖는 것이 되고, 또한, 상기 (b1)과 같이 제3 면인 중간면(이 경우 단차 스텝면)을 통해 상기 제1 면과 제2 면이 접속되어 있는 경우 및 상기 (b2)에서 제3 면이 직선 형상인 경사면의 경우에도, 각 접속부는 상기 단면 형상에서는 굴절점을 갖고, 상기 (b2)에서 제3 면이 곡선형상인 경우에 있어서도 상기 제1 면과 제2 면은 직선 형상인 평탄면이다. 따라서, 전체적으로 연속하여 경사면의 경사가 변화하는 곡면, 예컨대 도 4c나 4d의 클래드층(307)의 측벽면과 같은 그 상기 단면 형상이 연속 곡선이 되는 곡면은 제외된다. Here, each of said 1st surface and 2nd surface is a substantially linear shape in ridge side shape. In other words, each of the two inclined surfaces is an inclined surface that is formed of a substantially flat surface, and when these first and second surfaces are directly connected, the connection portion between these two surfaces has a refractive point in the cross-sectional shape. In addition, when the first surface and the second surface are connected via the intermediate surface (step difference surface in this case), which is the third surface as in the above (b1), and the third surface is linear in the (b2). Also in the case of an inclined surface, each connection part has a refraction point in the said cross-sectional shape, and even when the 3rd surface is curved in (b2), the said 1st surface and the 2nd surface are linear flat surfaces. Therefore, the curved surface where the inclination of the inclined surface continuously changes as a whole, for example, the curved surface whose cross-sectional shape such as the side wall surface of the
본 발명의 상기 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치에 있어서는, 상기 제2 면 중 적어도 50% 이상의 면적으로 상기 (111)면이 노출하고 있는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 전류 블록층 등이 결정성 좋게 에피텍셜 성장할 수 있어 바람직하다. In the ridge stripe type semiconductor laser device of the present invention, the (111) plane is preferably exposed to at least 50% or more of the second surfaces. In this way, the current block layer and the like can be epitaxially grown with good crystallinity, which is preferable.
또한, 본 발명의 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치는, 상기 리지의 스트라이프 방향에 수직인 단면 형상에 있어서, 상기 제1 면과 상기 반도체 기판 표면이 이루는 각도가 85°이상 95°이하인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 상기 리지의 스트라이프 방향에 수직인 단면 형상에 있어서, 상기 제1 면에서의 리지 하단부 근방의 폭에 비교해서 리지 상단부 근방의 폭이 너무 작아지지 않고, 따라서 p측 전극과의 콘택트 저항이 상승하거나, 임계값 등의 특성이 저하하거나 하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 리지 높이를 높게 할 수 있고, 임계값 전류의 증가나 미분 양자 효율의 저하 등을 방지하여, 활성층으로부터의 광의 확대가 큰 고출력 반도체 레이저가 얻어지기 때문에 바람직하다. Further, in the ridge stripe type semiconductor laser device of the present invention, in the cross-sectional shape perpendicular to the ridge stripe direction, the angle formed between the first surface and the surface of the semiconductor substrate is preferably 85 ° or more and 95 ° or less. In this case, in the cross-sectional shape perpendicular to the stripe direction of the ridge, the width of the vicinity of the ridge upper end portion is not too small compared with the width of the vicinity of the ridge lower end portion in the first surface, so that the contact resistance with the p-side electrode is increased. It can prevent that it raises, or the characteristics, such as a threshold value, fall. In addition, since the ridge height can be increased, the increase in the threshold current, the decrease in the differential quantum efficiency, and the like are prevented, and a high output semiconductor laser having a large expansion of light from the active layer is obtained.
또한, 본 발명의 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치에 있어서는, 상기 리지의 스트라이프 방향에 수직인 단면 형상에 있어서, 상기 제3 중간면이 상기 리지 외측에 튀어나온 상태의 상기 (bl)의 단차 스텝면을 갖는 경우에, 상기 반도체 기판 표면과 거의 평행인 단차 스텝면의 길이가, 상기 전류 블록층의 층두께 이하인 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 전류 블록층을 형성할 때에 커버리지성이 좋지 않은 방법, 예컨대 스퍼터법 등을 이용해도 리지 가장자리에서의 전류 블록층의 커버리지가 대폭으로 저하하지 않고, 이 부분에서의 전류 리크를 방지할 수 있기 때문에 바람직하다. Further, in the ridge stripe type semiconductor laser device of the present invention, in the cross-sectional shape perpendicular to the stripe direction of the ridge, the step step surface of (bl) in which the third intermediate surface protrudes outside the ridge is provided. When it has, it is preferable that the length of the step step surface substantially parallel to the said semiconductor substrate surface is below the layer thickness of the said current block layer. In this way, even when a method having poor coverage, for example, a sputtering method, is used when forming the current block layer, the coverage of the current block layer at the edge of the ridge does not significantly decrease, and current leakage in this portion can be prevented. It is preferable because of that.
또한, 본 발명의 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치에 있어서는, 상기 반도체 기판 표면의 면방위가 (100)면으로부터 소정의 각도 경사한 면방위인 것이 바람직하다. 또한, 이 경우, (100)면의 경사 방향이 [011] 방향인 것이 특히 바람직하다. In the ridge stripe type semiconductor laser device of the present invention, it is preferable that the surface orientation of the surface of the semiconductor substrate is a surface orientation inclined by a predetermined angle from the (100) plane. In this case, it is particularly preferable that the inclination direction of the (100) plane is the direction.
이렇게 함에 따라 자연 초격자의 형성을 억제할 수 있어 바람직하다. By doing in this way, formation of a natural superlattice can be suppressed and it is preferable.
한편, 소정의 각도로서는 반도체 기판 상에 제1 클래드층을 에피텍셜 성장(기판과 결정축이 가지런하도록 성장시키는 것)시켰을 때에 자연 초격자가 형성되지 않는 각도를 의미하고, 통상, 5°이상 20°이하가 바람직하다. On the other hand, the predetermined angle means an angle at which the natural superlattice is not formed when the first cladding layer is epitaxially grown on the semiconductor substrate (to grow the substrate and the crystal axis evenly), and is usually 5 ° or more and 20 °. The following is preferable.
다음에, 본 발명의 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 제조방법은, 화합물 반도체 기판 상에 제1 도전형의 클래드층과, 활성층과, 제2 도전형의 제1 클래드층과, 에칭 스톱층과, 제2 도전형의 제2 클래드층을 순차로 형성하는 공정과, 스트라이프형상의 리지를 형성하는 부분을 제외하고 건식 에칭 기술을 이용하여, 상기 제2 도전형의 제2 클래드층을 그 도중까지 에칭하는 공정과, 상기 건식 에칭에 의해 형성된 상기 리지 측면에 1층 이상의 측벽 보호층을 형성하는 공정과, 습식 에칭 기술을 이용하여 상기 제2 도전형의 제2 클래드층을 상기 에칭 스톱층에 달할 때까지 더욱 에칭하고, 상기 건식 에칭에 의해 형성된 리지 측면과 상기 습식 에칭에 의해 형성된 리지 측면을 갖는 스트라이프형상의 리지를 형성하는 공정과, 상기 측벽 보호층을 제거하는 공정과, 상기 리지 상의 적어도 일부를 제외하고 전류 블록층을 형성하는 공정을 구비하고, 상기 습식 에칭 공정에 있어서 상기 리지 측면의 적어도 일부에 상기 제2 클래드층을 구성하는 반도체의 (111)면이 노출하도록 에칭하는 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 제조방법이다. Next, the manufacturing method of the ridge stripe type semiconductor laser device of the present invention includes a cladding layer of a first conductivity type, an active layer, a first cladding layer of a second conductivity type, an etching stop layer, and a compound semiconductor substrate. The second cladding layer of the second conductivity type is etched to the middle using a dry etching technique except for a step of sequentially forming a second cladding layer of the second conductivity type and a part of forming a stripe ridge. And a step of forming at least one sidewall protective layer on the ridge side formed by the dry etching, and when the second clad layer of the second conductivity type reaches the etching stop layer by using a wet etching technique. Further etching to form a stripe ridge having a ridge side formed by the dry etching and a ridge side formed by the wet etching, and removing the sidewall protective layer. And a step of forming a current block layer except at least a portion on the ridge, and the (111) plane of the semiconductor constituting the second clad layer on at least a portion of the ridge side in the wet etching process. It is a manufacturing method of the ridge stripe type semiconductor laser apparatus which is etched so that it may expose.
상기 본 발명의 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 제조방법에 있어서는, 상기 습식 에칭 공정에 있어서, 상기 습식 에칭에 의해 형성된 리지 측면 중 적어도 50% 이상의 면적으로 상기 (111)면을 노출시키는 것이 바람직하다. In the method of manufacturing the ridge stripe type semiconductor laser device of the present invention, in the wet etching step, the (111) plane is preferably exposed to at least 50% or more of the ridge side surfaces formed by the wet etching.
이 경우, (111)면을 50% 이상 노출시킴으로써 습식 에칭에서의 사이드 에칭 속도가 저하되는 동시에 안정화하기 때문에 습식 에칭에 이용하는 약액의 농도나 온도 등의 편차에 따른 에칭 속도의 편차를 억제할 수 있고, 리지 가장자리부의 형상 제어가 용이해지기 때문에 바람직하다. In this case, the side etching rate in the wet etching is lowered and stabilized by exposing the (111) surface by 50% or more, so that the variation in the etching rate due to the variation in the concentration or temperature of the chemical liquid used for the wet etching can be suppressed. This is preferable because the shape control of the ridge edge becomes easy.
한편, 이 경우에, 제2 면이 단면 형상에 있어서 거의 직선 형상이 될 때까지 습식 에칭하는 것이 제2 면의 거의 전면에 (111)면이 노출하도록 되어 바람직하다.On the other hand, in this case, it is preferable to wet-etch until the second surface becomes almost straight in cross-sectional shape so that the (111) surface is exposed almost to the entire surface of the second surface.
또한, 본 발명의 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 제조방법에 있어서는, 상기 리지의 스트라이프 방향에 수직인 단면에 있어서, (상기 측벽 보호층의 두께)≥(상기 습식 에칭 공정에서의 상기 제2 도전형의 제2 클래드층의 사이드 에칭량)으로 하는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이 규정함으로써, 습식 에칭 시에 리지 내부까지 에칭되어 전류 통로가 좁아짐에 따른 저항의 증대를 방지할 수 있고, 활성층으로부터의 광의 넓이가 큰 고출력 반도체 레이저 장치가 얻어지기 때문에 바람직하다. Moreover, in the manufacturing method of the ridge stripe type semiconductor laser device of this invention, in the cross section perpendicular | vertical to the stripe direction of the said ridge, (thickness of the said side wall protective layer) ≥ (the said 2nd conductivity type in the said wet etching process) Side etching amount of the second cladding layer). By specifying as described above, it is preferable because a high output semiconductor laser device having a large area of light from the active layer can be obtained because the resistance can be prevented from being etched to the inside of the ridge during wet etching to narrow the current path.
또한, 본 발명의 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 제조방법에 있어서는, 상기 반도체 기판 표면의 면방위가 (100)면으로부터 소정의 각도 경사한 면방위인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 (100)면의 경사 방향이 [011]방향인 것이 특히 바람직하다. Moreover, in the manufacturing method of the ridge stripe type semiconductor laser device of this invention, it is preferable that the surface orientation of the surface of the said semiconductor substrate is the surface orientation inclined by predetermined angle from the (100) plane. In this case, it is particularly preferable that the inclination direction of the (100) plane is the direction.
이렇게 함으로써 자연 초격자의 형성을 억제할 수 있어 바람직하다. By doing in this way, formation of a natural superlattice can be suppressed and it is preferable.
한편, 소정의 각도로서는 반도체 기판 상에 제1 클래드층을 에피텍셜 성장(기판과 결정축이 가지런하도록 성장시키는 것)시켰을 때에 자연 초격자가 형성되지 않는 각도를 의미하고, 통상, 5°이상 20°이하가 바람직하다. 상기의 이유를, 예컨대, GaAs(100) 기판 형상으로 AlGaInP계의 반도체층(AlP, GaP, InP의 혼합 결정 반도체)을 에피텍셜 성장하는 경우를 예로 들어 설명하면, 자연 초격자, 이 경우, GaP(AlP)와 InP가 주기적으로 적층된 구조가 형성된다. 자연 초격자가 형성되면 통상의 상태보다도 에너지 갭이 감소하고, 예컨대 발진하는 적색의 레이저 광의 파장 650㎚인 것이 685㎚이 되는 등의 문제가 생긴다. 또한, 혼합 결정 반도체에서는, 반도체를 구성하는 성분의 조성비를 바꿈으로써, 그에 따라서 에너지 갭을 변화시킬 수 있지만, 자연 초격자 구조가 형성되면, 결정 구조에 의한 에너지 갭 변화가 우세해지고, 조성비를 바꾸더라도 원하는 에너지 갭값, 바꿔 말하면, 원하는 발진 파장으로 컨트롤할 수 없다는 결점이 생긴다. 따라서, 자연 초격자의 형성을 방지하기 위해서, 반도체 기판 표면이 [011]방향에 소정의 각도 경사한 (100)면의 기판을 이용하는 것이 특히 바람직하다. On the other hand, the predetermined angle means an angle at which the natural superlattice is not formed when the first cladding layer is epitaxially grown on the semiconductor substrate (to grow the substrate and the crystal axis evenly), and is usually 5 ° or more and 20 °. The following is preferable. The above reason will be described, for example, by epitaxially growing an AlGaInP-based semiconductor layer (AlP, GaP, InP mixed crystal semiconductor) in the form of a GaAs (100) substrate. A structure in which (AlP) and InP are periodically laminated is formed. When the natural superlattice is formed, the energy gap is reduced than in the normal state, and a problem such as that the wavelength of 650 nm of the red laser light oscillating becomes 685 nm occurs. In the mixed crystal semiconductor, the energy gap can be changed according to the composition ratio of components constituting the semiconductor. However, when a natural superlattice structure is formed, the energy gap change due to the crystal structure is predominant, and the composition ratio is changed. Even if you want to control the desired energy gap, that is, the desired oscillation wavelength, there is a drawback. Therefore, in order to prevent the formation of the natural superlattice, it is particularly preferable to use a substrate of the (100) plane in which the surface of the semiconductor substrate is inclined at a predetermined angle in the [011] direction.
또한, 본 발명의 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 제조방법으로서는, (100)면에서 소정의 각도 경사한 면방위를 표면으로 하는 화합물 반도체 기판 상에, 제1 도전형의 클래드층과, 활성층과, 제2 도전형의 제1 클래드층과, 에칭 스톱층과, 제2 도전형의 제2 클래드층을 순차로 형성하는 공정과, 스트라이프형상의 리지를 형성하는 부분을 제외하고 건식 에칭 기술을 이용하여, 상기 제2 도전형의 제2 클래드층을 그 도중까지 에칭하는 공정과, 상기 건식 에칭에 의해 형성된 리지 부분의 상기 리지 측면에 1층 이상의, 상기 리지 양측에서 막두께가 다른 측벽 보호층을 형성하는 공정과, 습식 에칭 기술을 이용하여 상기 제2 도전형의 제2 클래드층을 상기 에칭 스톱층에 달할 때까지 더욱 에칭하고, 상기 건식 에칭에 의해 형성된 리지 측면과 상기 습식 에칭에 의해 형성된 리지 측면을 갖는 스트라이프형상의 리지를 형성하는 공정과, 상기 측벽 보호층을 제거하는 공정과, 상기 리지 상의 적어도 일부를 제외하고 전류 블록층을 형성하는 공정을 구비한 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 제조방법을 들 수 있다. In addition, the method of manufacturing the ridge stripe type semiconductor laser device of the present invention includes a clad layer of the first conductivity type, an active layer, and a compound semiconductor substrate having a surface orientation inclined at a predetermined angle from the (100) plane. Using a dry etching technique except for a step of sequentially forming a first cladding layer of the second conductivity type, an etching stop layer, and a second cladding layer of the second conductivity type, and a portion of forming a stripe ridge. And etching the second cladding layer of the second conductivity type to the middle thereof, and forming one or more layers of sidewall protective layers having different film thicknesses on both sides of the ridge on the ridge side of the ridge portion formed by the dry etching. And further etching the second cladding layer of the second conductivity type until reaching the etching stop layer by using a wet etching technique, and the ridge side formed by the dry etching and the wet side. A ridge stripe semiconductor comprising a step of forming a stripe ridge having a ridge side surface formed by etching, a step of removing the sidewall protective layer, and a step of forming a current block layer except at least a portion on the ridge. The manufacturing method of a laser device is mentioned.
이와 같이 (100)면으로부터 소정의 각도 경사한 면방위를 표면으로 하는 화합물 반도체 기판을 이용함으로써, 자연 초격자의 형성을 억제할 수 있어 바람직하다. Thus, by using the compound semiconductor substrate which makes surface orientation inclined a predetermined angle from the (100) plane, the formation of a natural superlattice can be suppressed, and it is preferable.
또한, 상기 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 제조방법에 있어서는, 상기 리지의 스트라이프 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 기판을 밑으로 하여 상기 리지를 [01-1]방향으로부터 보았을 때에, 상기 리지의 양측에 형성된 2개의 상기 측벽 보호층 중, 상기 리지의 우측에 형성된 상기 측벽 보호층의 두께가 상기 리지의 좌측에 형성된 상기 측벽 보호층의 두께보다 작은 것이 바람직하다. Further, in the method for manufacturing the ridge stripe type semiconductor laser device, in a cross section perpendicular to the stripe direction of the ridge, both sides of the ridge when the ridge is viewed from the direction of the ridge downward. It is preferable that the thickness of the side wall protective layer formed on the right side of the ridge is smaller than the thickness of the side wall protective layer formed on the left side of the ridge among the two side wall protective layers formed on the ridge.
이들의 방법에 의해, 오프각을 갖는 경사 기판을 이용해도 중간 단차 스텝면을 작게 하거나, 리지 양측의 측벽 보호층의 막두께를 각각의 측에서의 습식 에칭에 의한 사이드 에칭량에 동일한 막두께로 적절히 조정함으로써, 중간 단차 스텝면이 생기지 않은 리지 스트라이프를 형성할 수 있다. 그 결과, 중간 단차 스텝면과 제2 면의 접속부 근방에서 발생하는 굴절율의 변화를 억제하여, 공진기 내를 도파하는 레이저 광의 분포(Near Field Pattern, 이하 NFP)의 흐트러짐이 적고, 레이저 광의 방사 형상의 안정된 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치를 제조할 수 있어 바람직하다. By these methods, even if an inclined substrate having an off angle is used, the intermediate stepped step surface is made small, or the film thickness of the sidewall protective layer on both sides of the ridge is appropriately adjusted to the same thickness as the side etching amount by wet etching on each side. As a result, a ridge stripe in which no intermediate step step surface is formed can be formed. As a result, the change of the refractive index occurring in the vicinity of the junction between the intermediate step step surface and the second surface is suppressed, and the disturbance of the distribution of the laser light (NFP) which guides the inside of the resonator is small and the radiation shape of the laser light is reduced. It is preferable to be able to manufacture a stable ridge stripe type semiconductor laser device.
또한, 상기 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 제조방법에 있어서는, 상기 습식 에칭 공정에 있어서 상기 리지 측면의 적어도 일부에 상기 제2 클래드층을 구성하는 반도체의 (111)면이 노출하도록 에칭하는 것이 바람직하다. In the method for manufacturing the ridge stripe type semiconductor laser device, it is preferable to etch such that the (111) plane of the semiconductor constituting the second clad layer is exposed on at least a part of the side of the ridge in the wet etching step. .
이 경우, (111)면을 노출시킴으로써 습식 에칭에서의 사이드 에칭 속도가 저하되는 동시에 안정화하기 때문에, 습식 에칭에 이용하는 약액의 농도나 온도 등의 편차에 의한 에칭 속도의 편차를 억제할 수 있고, 리지 가장자리부의 형상 제어가 용이하게 되기 때문에 바람직하다. In this case, since the side etching rate in wet etching decreases and stabilizes by exposing the (111) plane, the variation in etching rate due to the variation in the concentration or temperature of the chemical liquid used for wet etching can be suppressed, and the ridge It is preferable because the shape control of the edge portion becomes easy.
또한, 상기 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 제조방법에 있어서는, 상기 습식 에칭 공정에 있어서, 상기 습식 에칭에 의해 형성된 리지 측면 중 적어도 50% 이상의 면적으로 상기 (111)면을 노출시키는 것이 바람직하다. In the method for manufacturing the ridge stripe type semiconductor laser device, in the wet etching step, the (111) plane is preferably exposed to at least 50% or more of the ridge side surfaces formed by the wet etching.
이 경우, (111)면을 50% 이상 노출시킴으로써 습식 에칭에서의 사이드 에칭속도가 저하되는 동시에 안정화하기 때문에, 습식 에칭에 이용하는 약액의 농도나 온도 등의 편차에 따른 에칭 속도의 편차를 억제할 수 있고, 리지 가장자리부의 형상 제어가 용이해지기 때문에 바람직하다. In this case, since the side etching rate in wet etching is lowered and stabilized by exposing the (111) surface by 50% or more, the variation in etching rate due to the variation in the concentration or temperature of the chemical liquid used for wet etching can be suppressed. And the shape control of the ridge edge becomes easy.
또한, 상기 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 제조방법에 있어서는, 상기 리지의 스트라이프 방향에 수직인 단면에 있어서, (2개의 상기 측벽 보호층 중 층 두께가 얇은 쪽의 두께)≥(상기 습식 에칭 공정에서의 상기 제2 도전형의 제2 클래드층의 사이드 에칭량)으로 하는 것이 바람직하다. In the method for manufacturing the ridge stripe type semiconductor laser device, in the cross section perpendicular to the stripe direction of the ridge, (the thickness of the thinner layer thickness among the two sidewall protective layers) ≥ (in the wet etching step) Side etching amount of the second cladding layer of the second conductivity type).
이렇게 함으로써, 리지 외측에 튀어나온 상태의, 상기 반도체 기판 표면과 거의 평행이고, 거의 직선 형상인 단차 스텝면의 면형상을 웨이퍼면 내에서 안정 형성할 수 있거나, 상기 측벽 보호층 중 층 두께가 얇은 쪽의 두께측의 리지 측벽면에 제3 면이 발생하지 않은 형상(제1 면과 제2 면이 직접 접속하는 형상)을 웨이퍼면 내에서 안정 형성할 수 있다. 바꿔 말하면, 거의 직선 형상의 단차 스텝면이 리지 내측에 파고드는 형상의 형성을 방지할 수 있어 바람직하다. 단차 스텝면이 리지 내측에 파고드는 형상은, 특히 리지에 오목부가 생김으로써 전류 통로가 좁아지고 레이저 동작시의 저항이 증대하여 임계값의 상승 등의 특성 저하가 일어나기 쉽다. By doing so, the surface shape of the stepped step surface, which is substantially parallel to the surface of the semiconductor substrate and protrudes outside the ridge, can be stably formed in the wafer surface, or the layer thickness of the sidewall protective layer is thin. The shape (the shape which a 1st surface and a 2nd surface directly connect) in which the 3rd surface did not generate | occur | produce in the side wall side of the thickness side of the side can be stably formed in a wafer surface. In other words, it is preferable because the formation of a shape in which a substantially straight stepped step surface penetrates into the ridge can be prevented. The shape of the stepped stepped into the ridge inside is particularly prone to recesses in the ridge, which results in a narrow current path, an increase in resistance during laser operation, and the like.
또한, 상기 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 제조방법에 있어서는, 상기 (100)면의 경사 방향이 [011]방향인 것이 바람직하다. In the method for manufacturing the ridge stripe type semiconductor laser device, it is preferable that the inclination direction of the (100) plane is the direction.
이렇게 함으로써, 자연 초격자의 형성을 억제할 수 있어 바람직하다. By doing in this way, formation of a natural superlattice can be suppressed and it is preferable.
이상과 같은, 본 발명에 의하면, 레이저 광의 수평 방사각의 균일화, 미분 양자 효율의 향상, 킹크 레벨 향상 등의 소자 특성이 개선된 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치 및 그 제조방법을 제공할 수 있다. 또한, 웨이퍼면 내 및 웨이퍼 사이에서 균일성 좋게 리지형 스트라이프를 형성할 수 있어 수율의 향상이 가능해진다. According to the present invention as described above, it is possible to provide a ridge stripe-type semiconductor laser device having improved device characteristics such as uniform horizontal radiation angle of laser light, improvement of differential quantum efficiency, improvement of kink level, and a manufacturing method thereof. In addition, since the ridge stripe can be formed uniformly in the wafer surface and between the wafers, the yield can be improved.
도 1은 본 발명의 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 일 실시형태의 구조를 도시하는 단면도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing which shows the structure of one Embodiment of the ridge stripe-type semiconductor laser apparatus of this invention.
도 2a는 본 발명의 도 1에 도시한 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 제조 공정을 도시하는 단면도이다. FIG. 2A is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the ridge stripe semiconductor laser device shown in FIG. 1 of the present invention. FIG.
도 2b는 도 2a의 (g)의 공정에 상당하는, 본 발명의 여러 가지 별도의 실시 양태의 공정의 리지의 스트라이프 방향에 수직인 단면의 공정 부분도이다. FIG. 2B is a process partial view of a cross section perpendicular to the stripe direction of the ridge of the process of various other embodiments of the present invention, corresponding to the process of FIG. 2A (g).
도 2c는 도 2a의 (f)∼(i)의 공정에 상당하는, 본 발명의 별도의 실시 양태 의 공정 단면도이다. FIG. 2C is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention corresponding to the steps of FIGS. 2A to 2F.
도 2d는 도 2a의 (c) 공정에서의, 리지 및 그 가장자리 근방 영역의 부분 확대도이다. FIG. 2D is a partially enlarged view of the ridge and its edge region in the step (c) of FIG. 2A.
도 2e는 도 2a의 (c) 이후의 공정에 상당하는, 본 발명의 별도의 실시 양태의 공정 단면도이다. FIG. 2E is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention corresponding to the process subsequent to FIG. 2A (c).
도 2f는 도 2a의 (c) 이후의 공정에 상당하는, 본 발명의 별도의 실시 양태의 공정 단면도이다. FIG. 2F is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention corresponding to the process subsequent to FIG. 2A (c).
도 2g는 도 2e의 (t-1) 공정에서의, 리지 및 그 가장자리 근방 영역의 부분 확대도이다. FIG. 2G is a partially enlarged view of the ridge and its edge region in the step (t-1) of FIG. 2E.
도 2h는 도 2f의 (u-1) 공정에서의, 리지 및 그 가장자리 근방 영역의 부분 확대도이다. FIG. 2H is a partially enlarged view of the ridge and its edge region in the step (u-1) of FIG. 2F.
도 2i는 도 2e의 (t-5) 공정에서의, 리지 및 그 가장자리 근방 영역의 부분 확대도이다.FIG. 2I is a partially enlarged view of the ridge and its edge region in the step (t-5) of FIG. 2E.
도 2j는 도 2f의 (u-5) 공정에서의, 리지 및 그 가장자리 근방 영역의 부분 확대도이다. FIG. 2J is a partially enlarged view of the ridge and its edge region in the step (u-5) of FIG. 2F.
도 2k는 도 2a의 (e) 이후의 공정에 상당하는, 본 발명의 별도의 실시 양태의 공정 단면도이다. FIG. 2K is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention corresponding to the process subsequent to FIG. 2A (e).
도 3은 종래의 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 일 실시형태의 구조를 도시하는 단면도이다. 3 is a cross-sectional view showing the structure of one embodiment of a conventional ridge stripe type semiconductor laser device.
도 4는 도 3에 도시한 종래의 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 제조 공정을 도시하는 단면도이다. 4 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the conventional ridge stripe type semiconductor laser device shown in FIG. 3.
도 5는 종래의 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 일 실시형태의 구조를 도시하는 단면도이다. 5 is a cross-sectional view showing the structure of one embodiment of a conventional ridge stripe type semiconductor laser device.
도 6은 도 5에 도시한 종래의 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 제조공정을 도시하는 단면도이다. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the conventional ridge stripe type semiconductor laser device shown in FIG.
도 7은 종래의 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 일 실시형태의 구조를 도시하는 단면도이다. 7 is a cross-sectional view showing the structure of one embodiment of a conventional ridge stripe type semiconductor laser device.
도 8은 도 7에 도시한 종래의 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 제조공정을 도시하는 단면도이다. FIG. 8 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the conventional ridge stripe semiconductor laser device shown in FIG.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> <Description of the symbols for the main parts of the drawings>
101 : n측 전극 101: n-side electrode
102 : n형 GaAs 기판102: n-type GaAs substrate
103 : n형(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 클래드층 103: n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer
104 : Ga0.5In0.5P 활성층 104: Ga 0.5 In 0.5 P active layer
105 : p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제1 클래드층 105: p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P first cladding layer
106 : p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층106: p-type Ga 0.5 In 0.5 P Etch Stop Layer
107 : n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층 107 n-type Al 0.5 In 0.5 P current block layer
108 : p형(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층 108: p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P second cladding layer
109 : p형 Ga0.5In0.5P 중간층109: p-type Ga 0.5 In 0.5 P intermediate layer
110 : p형 GaAs 콘택트층110: p-type GaAs contact layer
111 : n형 GaAs 캡층111: n-type GaAs cap layer
112 : p측 전극112: p-side electrode
113 : SiO2막 113: SiO 2 film
114 : Si02 스트라이프 114: Si0 2 stripe
115 : SiO2막 115: SiO 2 film
116 : SiO2 측벽 보호층116: SiO 2 sidewall protective layer
116α : Si02 측벽 보호층116α: Si0 2 sidewall protective layer
116β : Si02 측벽 보호층116β: Si0 2 sidewall protective layer
116γ : Si02 측벽 보호층116γ: Si0 2 sidewall protective layer
117 : 단차 스텝면 117 step step surface
118 : 제1 리지 측벽면118: first ridge side wall surface
119 : 제2 리지 측벽면119: second ridge side wall surface
120 : 리지 측면과 반도체 기판이 이루는 각도120: angle between the ridge side and the semiconductor substrate
121 : 제1 건식 에칭 후 측벽면121: sidewall surface after the first dry etching
122 : 건식 에칭 후 바닥면 122: bottom surface after dry etching
123 : 제3 건식 에칭 후 측벽면(평면형상)123: side wall surface (flat shape) after the third dry etching
124 : 제3 건식 에칭 후 측벽면(곡면형상)124: sidewall surface (curved shape) after the third dry etching
125 : 리지 가장자리 근방 영역125: area near the ridge edge
126 : 리지 가장자리 근방 영역126: area near the ridge edge
127 : 리지 가장자리 근방 영역127: area near the ridge edge
128 : Si02막128: Si0 2 film
129 : SiO2막 129: SiO 2 film
130 : SiO2 측벽 보호층 130: SiO 2 sidewall protective layer
131 : SiO2 측벽 보호층 131: SiO 2 sidewall protective layer
132 : 리지 가장자리 근방 영역132: area near the ridge edge
133 : 리지 가장자리 근방 영역133: area near the ridge edge
134 : 단차 스텝134: step step
135 : 제2 리지 측벽면135: second ridge side wall surface
136 : 단차 스텝136: step step
137 : 단차 스텝 137: step step
138 : n형 AlInP 전류 블록층 138 n-type AlInP current block layer
139 : n형 GaAs 캡층139: n-type GaAs cap layer
140 : p측 전극140: p-side electrode
141 : n측 전극 141: n-side electrode
142 : 경사 중간면 142: sloped intermediate plane
145 : 레지스트 패턴145: resist pattern
146 : 제1 리지 측벽면146: first ridge side wall surface
147 : 제2 리지 측벽면147: second ridge side wall surface
148 : n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층148: n-type Al 0.5 In 0.5 P current block layer
149 : n형 GaAs 캡층149: n-type GaAs cap layer
150 : p측 전극150: p-side electrode
151 : n측 전극 151: n-side electrode
152 : 제3 중간 단차 스텝면152: third intermediate step step surface
301 : n형 GaAs 기판301: n-type GaAs substrate
303 : n형 클래드층 303 n-type cladding layer
304 : 양자 우물 구조의 활성층304: active layer of quantum well structure
305 : p형 제1 클래드층305 p-type first cladding layer
306 : p형 에칭 스톱층306: p-type etch stop layer
307 : p형 클래드층307 p-type cladding layer
309 : p형 GaAs 캡층309 p-type GaAs cap layer
310 : n형 전류 블록층310: n-type current block layer
311 : p형 GaAs 콘택트층311 p-type GaAs contact layer
313 : 리지형 스트라이프 패턴313: Ridge Stripe Pattern
501 : n형 GaAs 기판501 n-type GaAs substrate
503 : n형 AlGaAs 클래드층 503: n-type AlGaAs cladding layer
504 : 양자 우물 구조의 활성층504: active layer of quantum well structure
505 : p형 AlGaAs 클래드층505: p-type AlGaAs cladding layer
506 : p형 에칭 스톱층506 p-type etch stop layer
507 : p형 AlGaAs 클래드층 507 p-type AlGaAs cladding layer
509 : p형 GaAs 캡층509 p-type GaAs cap layer
510 : 전류 블록층 510: current block layer
511 : p형 GaAs 콘택트층 511 p-type GaAs contact layer
513 : 리지형 스트라이프 패턴 513: Ridge stripe pattern
514 : SiN 전류 블록층 514: SiN current block layer
701 : n측 전극 701: n-side electrode
702 : n형 GaAs 기판 702: n-type GaAs substrate
703 : n형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 클래드층 703: n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer
704 : GaInP/AlGaInP 다중 양자 우물 구조 활성층 704 GaInP / AlGaInP multi quantum well structure active layer
705 : n형 AlInP 전류 블록층 705 n-type AlInP current block layer
706 : n형 GaAs 블록층706 n-type GaAs block layer
707 : p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 클래드층707: p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P cladding layer
708 : p형 GaInP 헤테로 완충층 708: p-type GaInP hetero buffer layer
709 : p형 GaAs 캡층 709: p-type GaAs cap layer
710 : p형 GaAs 콘택트층 710 p-type GaAs contact layer
711 : p측 전극 711: p-side electrode
713 : Si02 스트라이프 713: Si0 2 stripe
다음에, AlGalnP 리지 스트라이프형 적색 반도체 레이저 장치를 이용하여, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 관해서 상세히 설명하지만, 이하의 실시형태는 본 발명을 한정하는 것은 아니고, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서, 단순히 본 발명의 실시형태를 예시하는 것이다. 본 발명은 모든 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치에 적용 가능하다. Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings by using an AlGalnP ridge stripe type red semiconductor laser device. However, the following embodiments do not limit the present invention, and the present invention can be easily understood. In order to do so, the embodiment of the present invention is merely illustrated. The present invention is applicable to all ridge stripe type semiconductor laser devices.
(실시형태 1) (Embodiment 1)
도 1은 본 실시형태 1에서의 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 상기 리지의 스트라이프 길이 방향에 대하여 수직 방향의 단면도이고, 도 2a는 그 제조공정을 도시하는 동일한 단면도이다. 한편, 본 발명에 있어서, 반도체 레이저 장치의 설명에서, 반도체 레이저 장치의 위쪽, 아래쪽, 내지 상측이나 하측이란, 예컨대 도 1을 기준으로 하면, n측 전극(101)이 존재하는 측을 아래쪽 내지 하측이라 하고, p측 전극(112)이 존재하는 측을 위쪽 내지 상측이라 하는 기준으로 부르고 있다. 다른 도면에 있어서도 동일하고, 각 도면을 향하여 도면의 위쪽이, 반도체 레이저 장치의 설명에 있어서 위쪽 내지 상측이고, 도면의 아래쪽을 아래쪽 내지 하측이라 부르고 있다. 또한, 특별히 한정하지 않는 한, 다른 도면도 모두 상기 리지의 스트라이프 길이 방향에 대하여 수직 방향의 단면도이다. Fig. 1 is a cross sectional view in a direction perpendicular to the stripe longitudinal direction of the ridge of the ridge stripe type semiconductor laser device according to the first embodiment, and Fig. 2A is the same cross sectional view showing the manufacturing process thereof. In the present invention, in the description of the semiconductor laser device, the upper, lower, upper, and lower sides of the semiconductor laser device are, for example, based on FIG. 1, from the lower side to the lower side of the side where the n-
우선 도 1 및 도 2a의 (a)에 도시하는 바와 같이, n형 GaAs 기판(102)(두께 400∼500㎛) 상에, MOCVD법(유기 금속 기상 성장법)에 의해, n형(Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P 클래드층(103)(두께 1∼2㎛), Ga0 .5In0 .5P 활성층(104)(두께 5∼6㎚), p형(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제1 클래드층(105)(두께 O.1∼O.3㎛), p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)(두께 8∼12㎚), p형(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)(층 두께 0.9∼1.7㎛), p형 Ga0.5In0.5P 중간층(109)(두께 40∼60㎚) 및 p형 GaAs 콘택트층(110)(두께 0.1∼0.3㎛)을 순차 형성한다. 다음에, p형 GaAs 콘택트층(110) 상에 SiO2막(113)(두께 0.2∼0.6㎛)을 스퍼터법으로 형성한다. First, as shown in Fig. 1 and Fig. 2A, on the n-type GaAs substrate 102 (400-500 µm in thickness), the n-type (Al 0 ) is formed by MOCVD (organic metal vapor deposition). .7 Ga 0 .3) 0.5 In 0 .5 P cladding layer 103 (thickness 1~2㎛), Ga 0 .5 In 0 .5 P active layer 104 (
한편, 이용하는 n형 GaAs 기판(102)은 예컨대 발진 파장 650㎚대의 가시광 반도체 레이저의 경우, Ga0.5In0.5P층의 자연 초격자(질서화 구조) 형성을 억제하기 위해서, [011] 방향으로 10°정도 경사한 (100)면을 표면으로 하는, 소위 오프각을 갖는 반도체 기판을 이용하는 것이 일반적이지만, 본 발명에 있어서는, 기판 오프각은 특별히 한정없이 사용할 수 있다. 즉, 본 발명에 있어서는, 기판 오프각의 경사가 있더라도, 후술하는 바와 같이 리지의 스트라이프 방향에 수직인 단면에 있어서, 리지 형상의 좌우 대칭성이 거의 유지되고, 또한, 후술하는 바와 같이 전류 블록층의 형성도 문제없이 할 수 있다. On the other hand, the n-
또한, 활성층(104)은 GaInP를 우물층으로 하고 AlGaInP를 장벽층으로 하는 다중 양자 우물 구조의 활성층이라도 좋다. The
또한, p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)은 GaInP를 우물층으로 하고 AlGaInP를 장벽층으로 하는 다중 양자 우물 구조의 에칭 스톱층이라도 좋다. The p-type Ga 0.5 In 0.5 P
또한, 이 경우, p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)은 레이저 광을 흡수하지 않는 밴드 갭을 갖는 층이거나, 또는 양자 효과가 얻어지도록 설계된 층 두께의 층이면 좋고, 예컨대 AlGaInP를 이용해도 좋다. In this case, the p-type Ga 0.5 In 0.5 P
다음에, 도 2a의 (a)의 SiO2막(113)을 도 2a의 (b)에 도시하는 바와 같이, 포토리소그라피 기술과 건식 에칭 기술에 의해 Si02 스트라이프(114)에 형성한다. Next, the SiO 2 film 113 of FIG. 2A is formed on the SiO 2 stripe 114 by photolithography and dry etching techniques as shown in FIG. 2A (b).
다음에 도 2a의 (c)에 도시하는 바와 같이, SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108), p형 Ga0.5In0.5P 중간층(109), 및 p형 GaAs 콘택트층(110)을, p형(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)의 도중까지 건식 에칭한다. Next, as shown in (c) of FIG. 2A, the p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P
여기서, 건식 에칭의 양은 리지 높이의 65∼95%의 범위, 바람직하게는 80%∼95%의 범위로 행한다. 이 범위이면 후술하는 리지 가장자리부에서의 습식 에칭에 의한 사이드 에칭량의 편차를 억제할 수 있다. 건식 에칭에 의해 형성되는 제1 면의 영역이 너무 적고, 그 결과 습식 에칭해야 할 영역이 너무 커지는 경우에는, 에칭액의 상태(농도, 온도 등)에 따라서 에칭량 편차가 크게 좌우되고, 후술하는 결정면의 영향이 지배적이지 않게 되기 때문이다. 한편, 여기서 건식 에칭의 양과 리지 높이의 상기 수치 범위는, 리지 측면부에서의 건식 에칭의 양과 리지 높이의 관계를 나타낸다. 즉, 일반적으로는 도 2a의 (c)에 도시하는 바와 같이, 잔존하는 제2 클래드층(108)의 리지보다 외측 부분에 남는 부분(즉 가로로 넓어지고 있는 가장자리의 부분)의 두께는, 리지 측면부에서 떨어져 있는 부분 쪽이 리지 측면 근방보다 얇아지는 경향이 되는 경우가 많다. 따라서, 건식 에칭의 양을 리지 높이의 65∼95%의 범위로 하는 경우의 기준이 되는 리지 높이는, 제1 건식 에칭 후 측벽면(121)의 상단으로부터 하단(건식 에칭 후 바닥면(122)과 접하는 부분)까지의 수직 거리를 기준으로 하였다. Here, the amount of dry etching is performed in the range of 65 to 95% of the ridge height, preferably in the range of 80% to 95%. If it is this range, the variation of the side etching amount by wet etching in the ridge edge part mentioned later can be suppressed. When the area of the first surface formed by dry etching is too small, and as a result, the area to be wet etched becomes too large, the etching amount variation greatly depends on the state (concentration, temperature, etc.) of the etching liquid, and the crystal plane described later This is because the influence of is not dominant. In addition, the said numerical range of the amount of dry etching and ridge height shows the relationship of the amount of dry etching in a ridge side part and ridge height here. That is, generally, as shown to (c) of FIG. 2A, the thickness of the part (namely, the edge part which spreads horizontally) remaining in the outer part rather than the remaining ridge of the
또한, 이러한 원하는 건식 에칭량을 얻는 방법으로서, 시간 제어에 의해 에칭을 정지하는 방법과, 기판 표면에 단색광을 대어 그 반사광에서 얻어진 간섭 강도와 시간의 관계로부터 에칭 잔여 두께를 산출하면서 에칭을 행하고, 원하는 막두께가 되었을 때에 에칭을 정지하는 방법을 들 수 있다. Moreover, as a method of obtaining such a desired dry etching amount, etching is performed while time-controlling stops, applying a monochromatic light to the surface of a board | substrate, and calculating etching residual thickness from the relationship of the interference intensity obtained by the reflected light and time, The method of stopping an etching when the desired film thickness reaches is mentioned.
본 발명에서 적합하게 채용할 수 있는 상기 건식 에칭 기술로서는, 이방성의 플라즈마 에칭이면 좋고, 건식 에칭의 예로서, 유도 결합형 플라즈마(이하 ICP)나 일렉트론·사이클로트론·레조넌스(이하 ECR) 플라즈마를 이용한 방법 등을 들 수 있다. 또한, 에칭 가스로서는 SiCl4와 Ar의 혼합 가스 등이 이용되지만, SiCl4 가스 성분 대신에, 염소 가스 또는 3염화 붕소 가스 등을 이용해도 좋다. As the dry etching technique suitably employed in the present invention, anisotropic plasma etching may be used. Examples of the dry etching include an inductively coupled plasma (ICP) or an electron cyclotron resonance (hereinafter ECR) plasma. The method etc. are mentioned. As the etching gas, a mixed gas of SiCl 4 and Ar is used, but instead of the SiCl 4 gas component, chlorine gas or boron trichloride gas may be used.
한편, 본 실시형태 1에서 이용한 건식 에칭 기술은 ICP(Inductively Coupled Plasma ; 유도 결합 플라즈마)법으로, 에칭 가스로서 SiCl4와 Ar의 혼합 가스를 이 용하고 있다. 에칭의 조건으로서, 혼합 가스 중의 SiCl4의 체적 함유률은 5∼12%, 반도체 기판을 설치하는 하부 전극의 온도는 150∼200℃, 챔버 내 압력은 0.1∼1 Pa, 하부 전극의 바이어스 파워는 50∼150W, ICP 파워는 200∼300W로 하지만, 이것에 한정하는 것이 아니고 적절히 선정하면 좋다. On the other hand, the dry etching technique used in
다음에 도 2a의 (c)에서 얻어진 중간체의 전면(리지 측면도 포함)에, 도 2a의 (d)에 도시하는 바와 같이 플라즈마 CVD법에 의해 60㎚∼400nm의 두께의 SiO2막(115)을 성장시킨다. Next, an SiO 2 film 115 having a thickness of 60 nm to 400 nm was deposited on the entire surface (including the ridge side view) of the intermediate obtained in FIG. 2A (c) by the plasma CVD method as shown in FIG. 2A (d). To grow.
여기서, 본 실시형태 1에서는, 리지 측벽 보호층을 형성하기 위해 60㎚∼400㎚의 두께의 SiO2막(115)을 성장시켰지만, SiO2막(115)의 두께는, 이것에 한정하는 것이 아니라, 다음 공정에서의 리지 측벽면 이외의 영역의 Si02막(115) 제거하기 위해서 건식 에칭의 추가 에칭에 의해 생기는 사이드 에칭량, 혹은 각 공정에서 표면 처리를 목적으로서 적절하게 행하는 플루오르산 약액을 이용한 습식 에칭 시의 에칭량에 따라서 SiO2막(115)의 두께는 이것에 한정되지 않고 적절히 선정하면 좋다. Here, in the
또한, 본 실시형태 1에서 이용한 SiO2막(115)은, 이것에 한정하는 것이 아니고, 측벽 보호층으로서 사용할 수 있는 소재로서는, 그 후의 공정에서 이용하는 습식 에칭 약액에 대하여 고선택성(내에칭 약액성)을 확보할 수 있어, AlGaInP계 반도체층과 중간 생성물을 형성하지 않는, 성막 시의 막두께 제어성이 높다는 성질을 갖는 재료를 이용하면 좋고, 구체예로서는 SiO2막의 외에 SiN이나 Al2O3라는 유전체 막, GaAs나 AlGaAs라는 반도체층, 상기와 같은 성질을 갖는 금속막 및 유기막 등 적절하게, 리지 측벽 보호층으로서의 역할을 달성할 수 있는 것 등을 들 수 있다.Note that the SiO 2 film 115 used in the first embodiment is not limited to this, and as the material which can be used as the sidewall protective layer, it is highly selective to the wet etching chemical solution used in the subsequent step (anti-etching chemical resistance). ), And a material having a property of controlling film thickness at the time of film formation, which does not form an intermediate product with the AlGaInP-based semiconductor layer, may be used. Specific examples include SiN and Al 2 O 3 in addition to the SiO 2 film. A dielectric film, a semiconductor layer such as GaAs or AlGaAs, a metal film and an organic film having the above properties, and the like can be suitably achieved as a ridge sidewall protective layer.
한편, 이들을 성막하는 수단의 예로서, CVD법(예컨대 플라즈마 CVD, 상압 CVD, MOCVD 등)이나 PVD법(스퍼터, 증착 등)을 들 수 있지만, 본 실시형태에서는 높은 막두께 균일성의 성막이 가능하고, 성막이 용이한 플라즈마 CVD법이 특히 바람직하다. 한편, CVD법이란 화학 기상 성장법(Chemical vapor deposition)의 약칭이고, PVD법이란 물리적 증착법(Physical vapor deposition)의 약칭이다. On the other hand, examples of the means for forming these films include CVD methods (e.g., plasma CVD, atmospheric CVD, MOCVD, etc.) and PVD methods (sputter, vapor deposition, etc.). In this embodiment, high film thickness uniform film formation is possible. Especially, the plasma CVD method which is easy to form into a film is preferable. The CVD method is an abbreviation for chemical vapor deposition, and the PVD method is an abbreviation for physical vapor deposition.
또한, 본 실시형태 1에서 이용한 SiO2막(115)은 단층이지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 필요에 따라서 복수의 층으로 구성되어도 좋다. Further, SiO 2 film 115 used in the first embodiment is a single layer, but, not limited to this, may be composed of a plurality of layers, if necessary.
다음에 도 2a의 (e)에 도시하는 바와 같이, 리지 측벽면 이외의 영역의 SiO2막(115)을 건식 에칭에 의해 제거하고, SiO2 측벽 보호층(116)을 형성한다. Next, as shown in (e) of FIG. 2A, the SiO 2 film 115 in regions other than the ridge sidewall surface is removed by dry etching to form the SiO 2 sidewall
건식 에칭으로서는, 반응성 이온 에칭법(이하 RIE법), ICP법, ECR법 등 적절하게 리지 측면 이외의 영역의 SiO2막(115)을 제거할 수 있는 건식 에칭 방법을 채용 가능하다. 또한, 에칭 가스로서 CF4와 CHF3의 혼합 가스 등, CF계 가스가 이용된다. As the dry etching, a dry etching method capable of appropriately removing the SiO 2 film 115 in regions other than the ridge side such as a reactive ion etching method (hereinafter referred to as RIE method), ICP method, and ECR method can be adopted. As the etching gas, CF gas such as a mixed gas of CF 4 and CHF 3 is used.
한편, 본 실시형태 1에서는 RIE법을 채용하고 있고, 에칭 가스로서 CF4와 CHF3와 O2의 혼합 가스를 이용하고 있다. 또한, 건식 에칭 조건으로서, 혼합 가스 중의 CF4 및 CHF3의 체적 함유율은 각각 1∼10% 및 30∼50%, 압력은 40∼60Pa, 스테 이지 온도는 10∼20℃로 하였지만, 이것에 한정하는 것이 아니고 적절하게 변경 가능하다. In the first embodiment, the RIE method is adopted, and a mixed gas of CF 4 , CHF 3, and O 2 is used as the etching gas. As dry etching conditions, the volume content of CF 4 and CHF 3 in the mixed gas was 1 to 10% and 30 to 50%, the pressure was 40 to 60 Pa, and the stage temperature was 10 to 20 ° C. It can be changed appropriately.
다음에, 도 2a의 (f)에 도시하는 바와 같이, 타르타르산과 염산과 물의 혼합액인 염산계 약액(약액 중의 타르타르산의 체적 함유율은 30∼50%, 염산의 체적 함유율은 15∼35%)을 이용하고, p형(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)을 p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)에 도달할 때까지 에칭한다. 여기서, p형 Ga0 .5In0 .5P 에칭 스톱층(106)은 염산계 약액에 내성이 있기 때문에, 이 층의 노출에 의해 기판표면에 대하여 수직 방향의 에칭이 정지한다. Next, as shown in Fig. 2A (f), a hydrochloric acid-based chemical liquid (volume content of tartaric acid in the chemical solution is 30 to 50% and volume content of hydrochloric acid is 15 to 35%), which is a mixture of tartaric acid, hydrochloric acid and water, is used. The p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P
또한, 기판 표면에 대하여 수직 방향의 습식 에칭 종료의 판단은, 반도체 기판 표면의 에칭 영역에서의 간섭무늬의 육안에 의해 행할 수 있다. p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)이 노출하면, 기판 표면에 대하여 수직 방향의 에칭 속도가 극단적으로 저하되고, 기판 표면의 막두께 균일성이 향상되기 때문에, 에칭 영역의 간섭무늬의 변화가 정지한다. 따라서, 기판 표면에 대하여 수직 방향의 에칭이 정지한 것을 확인할 수 있다. In addition, determination of the completion of the wet etching in the vertical direction with respect to the substrate surface can be performed by visual observation of the interference fringe in the etching region of the semiconductor substrate surface. When the p-type Ga 0.5 In 0.5 P
한편, 본 실시형태 1에서는, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)을 습식 에칭하는 약액으로서 염산계 약액을 이용하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, SiO2 측벽 보호층(116)과 p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)에 대하여 고선택성을 갖는 약액이면 좋고, 예컨대 황산계 약액을 이용해도 좋다. On the other hand, in the
여기에서는, SiO2 측벽 보호층(116)은 염산계 약액에 큰 내성이 있기 때문에, 리지 측면에서 이 층이 형성된 영역은 에칭되지 않고, 리지 측면 톱부(즉 제1 면이 되는 부분)에 사이드 에칭은 발생하지 않는다. Here, since the SiO 2 sidewall
한편, 도 2a의 (f)에 도시하는 바와 같이, 리지 측면에서 SiO2 측벽 보호층(116)이 형성되어 있지 않은 영역(리지 가장자리 부분)은 등방적으로 에칭이 진행한다. On the other hand, as shown in Fig. 2a in (f), it does not have the SiO 2 side
여기서, 습식 에칭에 있어서 기판 표면에 대하여 수직 방향의 에칭이 정지한 직후는, SiO2 측벽 보호층(116)이 형성되어 있지 않은 영역의 리지 측면은, 리지의 스트라이프 방향에 수직인 단면의 형상으로 곡선형상의 경사면이 된다. 따라서, Si02 측벽 보호층(116)이 형성되어 있지 않은 영역의 리지 측면(제2 리지 측벽면(119) : 리지 가장자리 부분)이 거의 직선 형상이 될 때까지, 그대로 습식 에칭을 속행하는 것이 바람직하다. 제2 리지 측벽면(119)(제2 면)이 단면 형상에서 거의 직선 형상의 경사면이 될 때까지 행하는 습식 에칭 공정 부분을 들어, 이것을 알기 쉽도록 굳이 「추가 에칭」이라고 칭하고 있지만, 상기 습식 에칭을 굳이 2단계로 나누어 행할 필요는 없고, 습식 에칭은 제2 리지 측벽면(119)이 단면 형상에서 거의 직선 형상의 경사면이 될 때까지 행하면 좋다. 한편, 이러한 추가 에칭량은 약액의 종류·혼합비에 따라서 적절히 선정하면 좋다. Here, in the wet etching, immediately after the etching in the vertical direction with respect to the substrate surface is stopped, the ridge side surface of the region where the SiO 2 sidewall
다음에, 도 2a의 (g)에 도시하는 바와 같이, 플루오르산계 약액을 이용하여 SiO2 측벽 보호층(116)을 제거한다. Next, as shown in Fig. 2A (g), the SiO 2 sidewall
본 실시형태 1에서는, Si02 스트라이프(114)의 막두께를 Si02 측벽 보호층(116)보다도 100∼300㎚ 크게 설정하고 있기 때문에, 시간 제어에 의해 상기 플루오르산계 약액에 의한 에칭을 정지함으로써 SiO2 측벽 보호층(116)만을 제거할 수 있다.In this
여기서, 본 실시형태 1에서는, Si02 측벽 보호층(116) 제거에 습식 에칭 기술을 이용하였지만, 습식 에칭에 한정되는 것이 아니고, 측벽 보호층을 구성하는 재료에 따라서, 적절히 케미컬 건식 에칭법(이하 CDE법) 등을 선택해야 한다. 여기서는, 측벽 보호층을 구성하는 재료에 따라서 Si02 측벽 보호층(116)을 선택적으로 제거할 수 있는 에칭 기술을 채용하면 좋다. Here, in the first embodiment, although the wet etching technique is used to remove the Si0 2 sidewall
다음에 도 2a의 (h)에 도시하는 바와 같이, MOCVD법에 의해, SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, 선택적으로 n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(107)을 두께 0.2∼0.4㎛ 성장시킨다. 계속해서, MOCVD법에 의해, SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, 선택적으로 n형 GaAs 캡층(111)을 두께 0.1∼0.2㎛ 성장시킨다. Next, as shown in Fig. 2A (h), the n-type Al 0.5 In 0.5 P
한편, n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(107)을 성장시키기 전에 리지 측벽의 손상층을 제거하기 위해서 황산 약액으로 표면 처리를 행한다. 이 때, 리지 측벽은 15 ㎚∼40㎚ 정도의 범위로 에칭된다. 또한, 표면 처리를 행하기 위한 약액은 염산과 물의 혼합액이어도 좋다. On the other hand, before growing the n-type Al 0.5 In 0.5 P
한편, 앞서 전류 블록층은,「상기 리지 상의 적어도 일부를 제외하고 형성된 전류 블록층」이라고 표현하고 있는 부분이 있지만, 이것은 상기 리지의 상면에는 전류 블록층이 형성되어 있지 않은 경우나, 또는, 도시되어 있지 않지만 스트라이프형상으로 길게 신장한 상기 리지의 상면 중, 길이 방향의 양단부 근방은 전류 블록층으로 덮여 있어도 되는 것을 의미하고 있고, 오히려, 후자의 경우가 바람직하다. On the other hand, although the current block layer has a portion expressed as "a current block layer formed except at least a part on the ridge", this is the case where the current block layer is not formed on the upper surface of the ridge, or illustrated Although it is not, it means that the vicinity of both ends of the longitudinal direction may be covered with a current block layer among the upper surfaces of the ridges that are elongated in a stripe shape. The latter case is preferable.
다음에 도 2a의 (i)에 도시하는 바와 같이, 플루오르산계 약액 등에 의해서 SiO2 스트라이프(114)를 제거한 후, 증착법에 의해 p측 전극(112), n측 전극(101)을 형성하고, 리지 스트라이프형 반도체 레이저 웨이퍼를 완성시킨다. p측 전극(112)의 재료로서는, 예컨대 Ti/Pt/Au 등을 들 수 있고, 또한, n측 전극(101)의 재료로서는 예컨대 AuGe/Ni/Au 등을 들 수 있다. Next, as shown in Fig. 2A (i), after removing the SiO 2 stripe 114 with a fluoric acid chemical or the like, the p-
한편, 본 실시형태 1에서는 n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(107)을 이용하였지만, SiN이나 SiO2 등의 유전체막이라도 좋다. 이 경우, n형 GaAs 캡층(111)의 성장은 불필요하다. On the other hand, in the first embodiment, although the n-type Al 0.5 In 0.5 P
본 실시형태 1에서 형성된 리지형 스트라이프는 높은 수직성·대칭성을 갖고, 건식 에칭에 의해 형성된 리지 상단에 가까운 쪽의 리지 측면(제1 리지 측벽면118)과 n형 GaAs 기판(102) 표면이 이루는 각도는 85∼95°의 범위로 하는 것이 가능하다. 한편, 제1 면(제1 리지 측벽면 : 118)과 제2 면(제2 리지 측벽면 : 119) 의 부호는 도 2a의 (g), 도 2b의 (j)∼(n)에만 부여하고, 다른 도면에 있어서는, 도면이 보기 어렵게 되기 때문에 부호의 부여는 생략하고 있다. 또한 여기서 리지 측면과 상기 반도체 기판 표면이 이루는 각도는, 도 2a의 (g), (h), (i)에 부호 120으로 나타낸 측의 각도(바꿔 말하면 리지 측면의 리지 내부측에서의 반도체 기판면과의 이루는 각도)이고, 이것은 상기 제1 면(118)이나 상기 제2 면(119)과 반도체 기판면이 이루는 각도, 혹은 제1 면과 제2 면 사이에 제3 중간면이 존재하는 경우에는 상기 제3 중간면과 반도체 기판면이 이루는 각도에 관해서도, 이 정의가 적용된다. 다른 도면에 있어서는 부호 120을 부착하는 것을 생략하고 있지만, 리지 측면과 상기 반도체 기판 표면이 이루는 각도는, 동일한 정의가 적용된다. 그리고, 전술한 바와 같이 제1 면(제1 리지 측벽면 : 118)이 반도체 기판(102) 표면과의 이루는 각도는 거의 수직, 보다 바람직하게는 85∼95°의 범위이다. 즉, 상기 범위에서 90도보다 작은 경우에는 상기 리지 단면 형상은 순 메사형상이고, 90도보다 큰 경우에는 상기 리지 단면 형상은 약간 역 메사형상이 된다. 제1 리지 측벽면(118)이 반도체 기판(102) 표면과 이루는 각도가 거의 수직하면, 이 양자의 범위를 포함하는 범위 내인 것이 바람직하다. The ridge stripe formed in the first embodiment has high verticality and symmetry, and is formed by the ridge side surface (first ridge sidewall surface 118) close to the upper end of the ridge formed by dry etching and the surface of the n-
한편, 습식 에칭에 의해 형성된 리지 하단에 가까운 쪽의 리지 경사면(제2 리지 측벽면(119))과 n형 GaAs 기판(102) 표면과의 이루는 각도는, 40∼65°의 범위가 된다. 또한, 경사시킨 오프각을 갖는 반도체 기판을 이용한 경우, 리지 하단에 가까운 쪽의 리지 경사면(제2 면)과 n형 GaAs 기판(102) 표면과의 이루는 각도는 리지 측벽의 양측에서 각각 상이하다. 예컨대 오프각이 10°정도일 때, 상기 각도는 한쪽에서 40∼50°, 다른 한쪽에서 60∼70°의 범위가 된다. 이 각도는 리지 가장자리부에서 p형 제2 클래드층(108)인 (Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P의 (111)면이 주로 노출하고 있는 것에 기인한다. 이하에 이유를 설명한다. On the other hand, the angle formed between the ridge inclined surface (second ridge sidewall surface 119) near the lower end of the ridge formed by wet etching and the n-
우선, p형 제2 클래드층(108)은 n형 GaAs 기판(102) 상에 에피텍셜 성장하고 있기 때문에, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)과 n형 GaAs 기판(102)의 결정 방향은 거의 가지런하다. GaAs 기판의(100)면이 경사하지 않는 경우, (100)면과 (111)면의 각도는 약 50°정도가 된다. 또한, GaAs나 Si 단결정의 결정 구조(섬아연광 구조)에 있어서 가장 원자 배열수가 많은 (111)면에서의 에칭 속도가 가장 느리고, 리지 가장자리부에서 습식 에칭이 진행함에 따라서, 이 면의 에칭 속도가 지배적이게 된다. 본 실시형태 1에서는 (100)면은 [011]방향으로 10°정도 경사하고 있기 때문에, 리지의 한 쪽에서 노출하는 (111)면이 약 40°정도, 반대측에서 노출하는 (111)면이 약 60°정도가 된다. 이상과 같이 본 실시형태 1에서는 습식 에칭에 의해 형성된 제2 리지 측벽면(119)이 주로 (111)면인 것을 알 수 있다. First, since the p-type
이와 같이 리지 측벽면의 대부분의 면인 제1 면은, 반도체 기판면에 대하여 거의 수직인 면이지만, 기판면에 접하는 가장자리 부분의 제2 면의 상기 기판면에 대한 각도가 작고 완만하게 되어 있기 때문에, SiN이나 SiO2 등의 유전체막을 전류 블록층으로서 이용한 경우라도, 리지 가장자리에 있어서 SiN이나 SiO2 등의 유전체막으로 이루어지는 전류 블록층을 형성하기 위한 원료 가스가 리지 가장자리 근방에 있어서 공급 부족이 되는 일은 없고, 발광 위치에 가까이, 발진광에 가장 영향 을 주는 리지 가장자리부에서의 전류 블록층의 커버리지는 향상한다. 또한, 상기 추가 습식 에칭을 행함으로써, 리지 하단에 가까운 쪽의 리지 경사면(제2 리지 측벽면(119))은, 리지의 스트라이프 방향에 수직인 단면 형상에 있어서 거의 직선 형상의 사면이 되고, 따라서 노출하고 있는 결정면의 수가 곡면에 비교해서 감소하기 때문에, 에피텍셜 성장시킨 n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(107)의 리지 가장자리에서의 결정성이 향상된다. As described above, the first surface, which is the most of the surfaces of the ridge sidewall surface, is a surface substantially perpendicular to the semiconductor substrate surface, but since the angle with respect to the substrate surface of the second surface of the edge portion in contact with the substrate surface is small and smooth, the case where the dielectric film such as SiN or SiO 2 as a current blocking layer, even, cover it with the source gas for forming a current blocking layer made of a dielectric film such as SiN or SiO 2 in the edge ridge thing that is in short supply in the vicinity of the edge The coverage of the current block layer at the edge of the ridge that most affects the oscillation light is improved near the light emitting position. Further, by performing the above additional wet etching, the ridge inclined surface (second ridge sidewall surface 119) near the lower end of the ridge becomes an almost straight slope in a cross-sectional shape perpendicular to the ridge stripe direction. Since the number of exposed crystal surfaces is reduced compared to the curved surfaces, crystallinity at the ridge edge of the n-type Al 0.5 In 0.5 P
또한, 본 실시형태 1에서 형성된 리지 톱부에, p형 Ga0 .5In0 .5P 중간층(109) 및 p형 GaAs 콘택트층(110)이 돌출한 차양형상의 오버행은 형성되지 않는다. 그 때문에, n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(107) 성장 시에 공동이 발생하는 일은 없다. 종래의 습식 에칭 기술을 이용한 리지 형성 방법에서는, 리지 톱부에 오버행이 형성되고(예컨대, 도 4c 참조), n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(107)을 형성할 때에, 오버행 바로 아래에 공동이 형성되어 소자 특성에 악영향을 준다. In addition, the topbu ridges formed in the
또한, 본 실시형태 1에서는, 건식 에칭에 의해 형성된 리지 측벽면과 습식 에칭에 의해 형성된 리지 측벽면의 경계가, 즉 제1 리지 측벽면(118)과 제2 리지 측벽면(119)의 경계부가, 각도가 생겨, 즉 이 경계부가 굴절부가 되어 제1 리지 측벽면과 제2 리지 측벽면이 이어져 형성되지만, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)을 습식 에칭할 때에 SiO2 측벽 보호층(116) 아래에 발생하는 사이드 에칭량과, Si02 측벽 보호층(116) 두께의 편차에 의해, 리지 하단에 가까운 쪽의 리지 경 사면(제2 리지 측벽면(119))과 그 위의 리지 측벽면(제1 리지 측벽면(118)) 사이에, 반도체 기판 표면과 거의 평행한 면으로 이루어지는 예컨대, 도 2b의 (j)나 도 2b의 (k)(모두 도 2a의 공정 (g)에 대응하는 공정의 도면)의 부호 117에 도시하는 바와 같은 리지 외측에 튀어나오거나, 또는 리지 내측에 파고든 상태의, 상기 반도체 기판 표면과 거의 평행한 면을 갖는 스텝형상의 단차(단차 스텝면)가 형성되는 일이 있다(제3 중간면의 상기 (b1)의 단차 스텝면 등). 또한, 경사시킨 오프각을 갖는 반도체 기판을 이용한 경우, 리지의 스트라이프 방향으로 수직인 단면 형상에 있어서, 리지 양측에서 사이드 에칭량(사이드 에칭되는 양의 것)이 각각으로 상이하다. 이 때, 기판 오프각의 증가에 수반하여, 리지 양측에서의 사이드 에칭량의 차이는 커진다. 따라서, 이 경우, 도 2b의 (l), 도 2b의 (m), 또는 도 2b의 (n)(모두 도 2a의 공정 (g)에 대응하는 공정의 도면)에 도시하는 바와 같은 단차 스텝면(117)이 형성된다. Further, in the first embodiment, the boundary between the ridge sidewall surface formed by dry etching and the ridge sidewall surface formed by wet etching, that is, the boundary between the first
여기서, 도 2b의 (j), 도 2b의 (k)에 도시하는 바와 같이, 단차 스텝면(117)의 치수 a-a', b-b'는 작을수록 바람직하고, 0.2㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.1㎛ 이하인 것이 바람직하다. 한편, 경사시킨 오프각을 갖는 반도체 기판을 이용한 경우, 도 2b의 (l), 도 2b의 (m), 도 2b의 (n)에 도시하는 바와 같이, 도면에서의 좌우의 단차 스텝면(117)의 치수 c-c'와 d-d'는 상이하지만, 어느 단차 스텝면(117)에 있어서도 상기 치수는 작을수록 바람직하고, 0.2㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.1㎛ 이하인 것이 바람직하다. Here, as shown to FIG. 2B (j) and FIG. 2B (k), the dimension a-a 'and b-b' of the stepped
본 실시형태 1에 도시한 구조에 있어서, 예컨대 스트라이프 방향과 수직인 방향의 설계 상의 리지폭(즉 리지 상면과 하면이 동일한 폭이라 가정함)을 1.5㎛로 하고, 공진기 내를 도파하는 레이저 광의 분포(Near Field Pattern, 이하 NFP라 약기함)의 강도 최대 부분을 100%로 하면, 설계 상의 리지 하단으로부터 0.2㎛ 정도 외측에서 NFP의 강도는 50% 정도이다. 따라서 단차 스텝면의 길이도 이 범위 내(0.2㎛ 이하)이면, 단차 스텝부에 기인하는 굴절율의 급준한 변화는 레이저 광에 대하여 크게 영향받지 않는 것이다. 여기서「굴절율의 변화」란 p형 제2 클래드층(108)과 n형 전류 블록층(107) 사이에서의 굴절율차를 말한다. 또한, 상기 반도체 기판 표면과 거의 평행하고, 상기 단면에 있어서 거의 직선 형상인 단차 스텝면이란, 구체적으로 예시하면 예컨대, 도 2b의 (j), (k), (l), (m), (n)에 도시하는 바와 같은 단차 스텝(117)의 면을 의미하는 것이다. 이하, 이러한 단차 스텝면을, 단순히 단차 스텝, 혹은 단차 스텝부라 칭하는 경우도 있다. In the structure shown in the first embodiment, for example, the distribution of the laser light guiding the inside of the resonator with a ridge width (that is, assumed to be the same width as the ridge top surface and the bottom surface) in the design perpendicular to the stripe direction is 1.5 占 퐉. When the maximum strength portion of the (Near Field Pattern, hereinafter abbreviated as NFP) is 100%, the strength of the NFP is about 50% from about 0.2 µm from the lower end of the ridge in design. Therefore, if the length of the stepped step surface is also within this range (0.2 µm or less), the steep change in the refractive index due to the stepped step portion is not greatly affected by the laser light. Here, the "change in refractive index" means the refractive index difference between the p-type
한편, 단차 스텝(117)은, 도 2b의 (j)에 도시한 것은, 리지 측면의 외측에 튀어나온 단차 스텝(좌우의 단차 스텝의 길이가 동일)이고, 예컨대 경사 오프각이 없는 반도체 기판을 이용했을 때, 도 2a의 (e)내지 (f)의 습식 에칭의 공정에서, 그 사이드 에칭량(사이드 에칭되는 양)이 측벽 보호층의 두께보다 작은 경우에 발생하고, 한편, 도 2b의 (k)에 도시한 바와 같은 리지 내측에 파고든 단차 스텝(117)(좌우의 단차 스텝의 길이가 동일)은 경사 오프각이 없는 반도체 기판을 이용했을 때, 상기 습식 에칭의 공정에서, 그 사이드 에칭량(사이드 에칭되는 양)이 측벽 보호층의 두께보다 큰 경우에 발생한다. On the other hand, the stepped
한편, 경사시킨 오프각을 갖는 반도체 기판을 이용한 경우, 상기 습식 에칭 의 공정에서, 리지 형상은 측벽 보호층의 두께와 리지 양측에서 각각 발생하는 사이드 에칭의 양에 따라서 아래와 같이 변화한다. 도 2b의 (l)에 도시한 리지 형상은, 상기 습식 에칭의 공정에서 리지 양측에서 각각 발생하는 사이드 에칭 중, 사이드 에칭량이 큰 쪽(사이드 에칭되는 양이 큰 쪽)의 사이드 에칭량이 측벽 보호층의 두께보다 작은 경우에 발생한다. 한편, 도 2b의 (m)에 도시한 리지 형상은, 상기 습식 에칭의 공정에서 리지 양측에서 각각 발생하는 사이드 에칭의 양이 각각 측벽 보호층의 두께보다 큰 경우에 발생한다. 또한, 도 2b의 (n)에 도시한 리지 형상은, 상기 습식 에칭의 공정에서 리지 양측에서 각각 발생하는 사이드 에칭 중, 한 쪽의 사이드 에칭량(사이드 에칭되는 양)이 측벽 보호층의 두께보다 크고, 다른 한 쪽의 사이드 에칭량(사이드 에칭되는 양)이 측벽 보호층의 두께보다 작은 경우에 발생한다. On the other hand, in the case of using a semiconductor substrate having an inclined off angle, in the wet etching process, the ridge shape changes as follows depending on the thickness of the sidewall protective layer and the amount of side etching generated on both sides of the ridge. In the ridge shape shown in (l) of FIG. 2B, the side etching amount of the side etching amount in the side etching amount (the side in which the side etching is large) is larger among the side etchings generated on both sides of the ridge in the wet etching process. Occurs when the thickness is smaller than. On the other hand, the ridge shape shown in (m) of FIG. 2B occurs when the amount of side etching respectively generated on both sides of the ridge in the wet etching process is larger than the thickness of the sidewall protective layer. In addition, in the ridge shape shown in (n) of FIG. 2B, one side etching amount (amount of side etching) is greater than the thickness of the sidewall protective layer among the side etchings generated on both sides of the ridge in the wet etching process. It occurs when the larger side and the other side etching amount (side etching amount) are smaller than the thickness of the sidewall protective layer.
한편, 여기서 도 2b의 (j), 도 2b의 (k), 도 2b의 (l), 도 2b의 (m), 도 2b의 (n)은, 각각 도 2a의 (g)의 공정에 대응하는 공정에서의 별도의 양태의 도 2a의 (g)와 동일한 리지의 스트라이프 방향에 수직인 단면의 단면도이다. In addition, FIG. 2B (j), FIG. 2B (k), FIG. 2B (l), FIG. 2B (m), and FIG. 2B (n) correspond to the process of FIG. 2A (g), respectively. It is sectional drawing of the cross section perpendicular | vertical to the stripe direction of the same ridge as FIG.2A (g) of another aspect in the process to make.
리지 외측에 튀어나오거나, 또는 리지 내측에 파고든 상태의, 상기 반도체 기판 표면과 거의 평행한 면, 바꿔 말하면, 리지 측면의 외측에 튀어나온 단차 스텝(117), 또는 리지 내측에 파고든 단차 스텝(117)이 존재하는 경우에는, 본 발명에서는 이러한 상태를 상기 제1 리지 측벽면(118)과 제2 리지 측벽면(119)은 제3 중간면의 하나인 단차 스텝을 통해 접속하고 있다고 표현하고 있다. A surface substantially parallel to the surface of the semiconductor substrate, which is protruding outside the ridge or dug into the ridge, in other words, a
여기서, 본 발명자의 실험으로부터, 본 실시형태 1에서는 리지의 스트라이프 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 반도체 기판 표면을 밑으로 하여 보았을 때에, 상기 제1 리지 측벽면(118)과 제2 리지 측벽면(119)이 접속하는 위치에서 상기 반도체 기판 표면과 거의 평행한 직선(도 2a (f)에서의 직선 z) 상의 습식 에칭 시의 사이드 에칭량(사이드 에칭되는 양)은, 일정하다고 말하는 지견이 얻어졌다. 전술한 바와 같이, 이것은 습식 에칭 시에 제2 리지 측벽면(119)이 (111)면에 가지런하고, 에칭 속도가 일정하고 또한 안정화하는 것에 기인한다. 따라서, (사이드 에칭량)≤(측벽 보호층 두께)로 설정하면, 제2 면의 리지 측벽면(119)이 리지 외측에 튀어나오는 형상을 웨이퍼면 내에서 안정 형성할 수 있다. 한편, (사이드 에칭량)>(측벽 보호층 두께)로 하고, 제2 면의 리지 측벽면(119)이 리지 내측에 파고들도록 하면, 예컨대 도 2b(k)에 도시한 바와 같은 리지가 형성된다. 여기서, 다시 습식 에칭을 속행하면, 에칭 시간 증가에 수반하여 상기 제2 리지 측벽면(119)의 최하단 말단이 에칭 스톱층(106)에 접하는 위치는 변화하지 않지만, 도 2b(k)의 119의 면이 해당 면을 따라 비스듬히 위쪽으로 연장되어 상기 단차 스텝(117)은 에칭에 의해 리지 상단의 방향으로 이동하고, 도 2b(k')에 도시하는 바와 같이, 단차 스텝(117)의 치수는 커진다. 즉, 리지 측벽면이 리지 내측에 파고들도록 설정한 경우, 습식 에칭 속도의 편차에 의해 리지 치수의 제어성·안정성이 저하된다. 특히 리지에 오목부가 생김으로써 전류 통로가 좁혀지고, 레이저 동작시의 저항이 증대하여 임계값의 상승 등의 특성 저하가 일어나기 쉽다. 또한, 도 2b(k')에 도시한 바와 같이 이 오목부가 존재하면 전류 블록층을 형성하는 경우에, 전류 블록층이 이 오목 부분에 모두 메워지지 않고 공동이 생길 우려가 있다. 따라서, 리지 양측에서 (사이드 에칭량)≤(측벽 보호층 두께)로 하는 것이 요구된다. 이와 같이 하기 위해서는, 측벽 보호층(116)의 하단과 에칭 스톱층(106) 사이의 거리가 짧을수록 습식 에칭이 단시간에서 정지하기 때문에, 예컨대, 측벽 보호층(116)의 두께에 따라서 측벽 보호층(116)의 하단과 에칭 스톱층(106) 사이의 거리를 조정하거나, 측벽 보호층(116)의 하단과 에칭 스톱층(106)사이의 거리에 따라서 측벽 보호층(116)의 두께를 조정하는 것 등을 들 수 있다. Here, from the experiments of the present inventors, in the first embodiment, in the cross section perpendicular to the ridge stripe direction, when viewed from the bottom of the semiconductor substrate surface, the first
또한, 전류 블록층에 SiN이나 SiO2 등 유전체막을 이용한 경우, 단차 스텝(117)의 치수 a-a', b-b', c-c', d-d'는 리지 측벽면에서의 전류 블록층 두께 이하 인 것이 바람직하다. 제1 리지 측벽면(118)과, 반도체 기판 표면과 거의 평행한 면이 이루는 각도는 거의 90°가 되지만, 단차 스텝(117)의 치수에 비해, 전류 블록층 두께가 충분히 크기 때문에, 단차 스텝부에서의 상기 SiN이나 SiO2 등 유전체막을 형성하기 위한 원료 가스의 공급 부족은 일어나지 않고, 전류 블록층의 커버리지는 저하하지 않게 되기 때문에 바람직하다. In the case where a dielectric film such as SiN or SiO 2 is used as the current block layer, the dimensions a-a ', b-b', c-c ', and d-d' of the stepped
이상과 같이 본 실시형태 1에 의하면, p형 제2 클래드층의 일부를 남기도록 스트라이프형상의 리지를 건식 에칭으로 형성한 후, 리지의 측벽을 Si02 등으로 보호하고, 또한 p형 제2 클래드층을 습식 에칭에 의해 제거하도록 하였기 때문에, 높은 수직성·대칭성을 갖는 스트라이프형상의 리지를 형성할 수 있고, 얻어지는 반도체 레이저 장치의 캐리어 분포 형상과 광분포 형상의 차이가 작아지고, 홀 버닝 현상이 억제되어 킹크 레벨이 향상된다. 또한, 리지 높이를 높게 할 수 있어, GaAs 캡층 등에 레이저 광이 흡수되는 것을 방지하고, 활성층으로부터의 광의 확대가 큰 고출력 반도체 레이저가 얻어진다. 또한, 리지부와 그 하층이 이루는 각도를 저감하여 크랙의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 습식 에칭 시, (사이드 에칭량)≤(측벽 보호층 두께)로 설정함으로써, 제2 면의 리지 측벽면(119)이 리지 외측에 튀어나오는 형상을 웨이퍼면 내에서 안정 형성할 수 있다. 이것에 의해, 리지에 오목부가 생겨 레이저 동작 시의 저항이 증대하는 것을 방지할 수 있고, 또한 리지 가장자리부에 공동이 생겨 굴절율이 크게 변동하는 것을 방지할 수 있다. As described above, according to the first embodiment, after the stripe-shaped ridges are formed by dry etching so as to leave a part of the second p-type cladding layer, the sidewalls of the ridges are protected by Si0 2 or the like, and further, the p-type second cladding is performed. Since the layer was removed by wet etching, a stripe-shaped ridge having high perpendicularity and symmetry can be formed, and the difference between the carrier distribution shape and the light distribution shape of the semiconductor laser device obtained becomes small, and the hole burning phenomenon It is suppressed and a kink level improves. Furthermore, the ridge height can be made high, the laser light is prevented from being absorbed in the GaAs cap layer or the like, and a high output semiconductor laser having a large expansion of light from the active layer is obtained. In addition, the generation of cracks can be prevented by reducing the angle formed between the ridge portion and the lower layer. In wet etching, by setting (side etching amount) ≤ (side wall protective layer thickness), the shape in which the
(실시형태 2) (Embodiment 2)
도 2e 및 도 2f는, 본 실시형태 2에서의 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 제조 공정을 도시하는 단면도이다. 본 실시형태 2에서는, 전술한 단차 스텝(117)에 기인하는 굴절율의 변화를 억제하고, 또한, 리지의 치수, 형상을 안정되게 형성하는 것을 목적으로 한다. 본 실시형태 2에서는, 도 2a의 (b)에 도시하는 바와 같이, SiO2 스트라이프(114)에 형성하는 공정까지, 실시형태 1과 공통이기 때문에 그 이후의 공정에 관해서 설명한다. 또한, 층 구성에 대해서도 실시형태 1과 공통이다. 2E and 2F are sectional views showing the manufacturing process of the ridge stripe semiconductor laser device according to the second embodiment. In the second embodiment, it is an object to suppress the change in the refractive index caused by the
Si02 스트라이프(114)를 형성 후, 단차 스텝(117)에 의한 굴절율 스텝의 형성을 억제하기 위해서, 계속해서 SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108), p형 Ga0.5In0.5P 중간층(109) 및 p형 GaAs 콘 택트층(110)을, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)의 도중까지 건식 에칭한다. 이 때, 리지 형상은 일반적으로, 실시형태 1의 도 2d와 같이 제1 건식 에칭 후 측벽면(121)과 건식 에칭 후 바닥면(122)으로 구성된다. 여기서, 도 2d는, 도 2a(c)에서의 리지 및 그 가장자리 영역 근방(125)의 확대도이다. 이러한 건식 에칭의 형상을 이용하여, 여기에 도 2a(d), (e)에서 도시한 바와 같이 측벽 보호막(116)을 형성하여 습식 에칭하는 경우에, 반도체 기판 표면을 밑으로 하여 보았을 때에, 리지 양측에서 (사이드 에칭량)≤(측벽 보호층 두께)로 설정하고, 리지 측벽면이 리지 외측에 튀어나오는 리지를 형성한 경우, SiO2 측벽 보호층(116) 아래에 사이드 에칭이 발생하고, 건식 에칭 후 바닥면(122)의 SiO2 측벽 보호층(116) 아래의 영역이, 반도체 기판 표면과 거의 평행한 단차 스텝(117)(제3 중간면 중의 (b1)의 단차 스텝면)이 된다(도 2b(j)의 단차 스텝(117) 참조). After forming the Si0 2 stripe 114, in order to suppress the formation of the refractive index step by the
또한, 전술한 바와 같이, 이러한 단차 스텝(117)의 치수(도면을 향하여 가로 방향의 치수)는 작을수록 바람직하고, 0.2㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.1㎛ 이하 인 것이 바람직하다. 단차 스텝(117)이 0.2㎛ 이상이면, 공진기 내를 도파하는 레이저 광 중 강도가 약한 영역(강도가 50% 이하) 내에 굴절율이 급준하게 변화하기 때문에, 이 영향을 받아 NFP가 흐트러지기 쉬워진다. NFP가 흐트러지면, 레이저 소자로부터 출사되는 광의 분포 형상(Far Field Pattern, 이하 FFP)도 변형하고, 예컨대, 대물 렌즈 등을 통해서 광디스크 상에 레이저 광을 집광한 경우, 진원 형상이 되지 않고 디스크로부터의 데이터 판독 혹은 데이터 기록 이상이 발생할 우려 가 있다. 여기서, (사이드 에칭량)=(SiO2 측벽 보호층(116) 두께)로 함으로써, 단차 스텝(117)의 치수를 0㎛, 요컨대 단차 스텝(117)이 없는 리지 형성을 행하는 것은 가능하지만(도 2a의 (f), (g) 참조), 습식 에칭 속도나 SiO2 측벽 보호층(116) 두께의 편차에 의해 웨이퍼 전체로 완전히 단차 스텝(117)의 형성을 억제하는 것은 상당히 엄밀한 컨트롤이 요구된다. 또한, 경사시킨 오프각을 갖는 반도체 기판을 이용한 경우는, 반도체 기판 표면을 밑으로 하여 보았을 때에, 리지 양측에서 단차 스텝(117)의 치수가 다르기 때문에, 한쪽 측의 단차 스텝(117)의 치수를 0㎛로 해도 다른 한쪽 측에서 반드시 단차 스텝(117)이 형성되게 된다(도 2c의 (o), (p) 참조). In addition, as described above, the smaller the dimension (dimension in the transverse direction toward the drawing) of the stepped
따라서, 본 실시형태 2에서는, SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108), p형 Ga0.5In0.5P 중간층(109), 및 p형 GaAs 콘택트층(110)을, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)의 도중까지 건식 에칭할 때에, 하기의 건식 에칭 조건을 선정하고, 예컨대, 도 2e(t-1)나 도 2f(u-1)에 도시하는 바와 같은 리지 형상이 되도록 건식 에칭을 행한다. 한편, 도 2e(t-1)의 126의 부분 및 도 2f(u-1)의 127의 부분(리지와 그 가장자리 근방 부분)의 확대도를 각각 도 2g, 도 2h에 도시하고 있다. Therefore, in the second embodiment, the p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P
본 실시형태 2에서는, 상기 건식 에칭 기술로서 ICP법을 채용하고 있고, 에칭 가스로서 SiCl4와 Ar의 혼합 가스를 이용하고 있다. 리지 가장자리부의 형상이 도 2e(t-1)가 되는 에칭 조건으로서, 혼합 가스 중의 SiCl4의 체적 함유율은 5∼12%, 반도체 기판을 설치하는 하부 전극의 온도는 150∼200℃, 챔버 내 압력은 0.3∼0.5Pa, 하부 전극의 바이어스 파워는 50∼150W, ICP 파워는 200∼300W로 하지만, 이것에 한정하는 것이 아니라, 원하는 형상이 얻어지는 건식 에칭 조건을 적절하게 선정하면 좋다. 또한, 도 2 f(u-1)가 되는 에칭 조건으로서, 혼합 가스 중의 SiCl4의 체적 함유율은 5∼12%, 반도체 기판을 설치하는 하부 전극의 온도는 150∼200℃, 챔버 내 압력은 0.1∼0.3Pa, 하부 전극의 바이어스 파워는 50∼150W, ICP 파워는 200∼300W로 하였지만, 이것에 한정하는 것이 아니라, 원하는 형상이 얻어지는 건식 에칭 조건을 적절하게 선정하면 좋다. In the second embodiment, the ICP method is employed as the dry etching technique, and a mixed gas of SiCl 4 and Ar is used as the etching gas. As an etching condition in which the shape of the ridge edge becomes Fig. 2E (t-1), the volume content rate of SiCl 4 in the mixed gas is 5 to 12%, the temperature of the lower electrode on which the semiconductor substrate is provided is 150 to 200 캜, and the pressure in the chamber. Silver is 0.3 to 0.5 Pa, the bias power of the lower electrode is 50 to 150 W, and the ICP power is 200 to 300 W. However, the present invention is not limited thereto, and dry etching conditions for obtaining a desired shape may be appropriately selected. In addition, as an etching condition of FIG. 2 f (u-1), the volume content rate of SiCl 4 in the mixed gas is 5 to 12%, the temperature of the lower electrode on which the semiconductor substrate is provided is 150 to 200 캜, and the pressure in the chamber is 0.1. Although the bias power of -0.3 Pa and the lower electrode was 50-150W, and ICP power was 200-300W, it is not limited to this, What is necessary is just to select the dry etching conditions from which a desired shape is obtained suitably.
도 2g는, 도 2e(t-1)에서의 리지 및 그 가장자리 영역 근방(126)의 확대도이지만, 반도체 기판 표면에 대하여 거의 수직인 제1 건식 에칭 후의 측벽면(121)과 건식 에칭 후의 바닥면(122) 사이에, 제3 경사 중간면이 되는 건식 에칭후 측벽면(123)을 형성한다. 한편, 제3 경사 중간면이 되는 건식 에칭 후 측벽면(123)은 복수의 면으로 구성되어 있어도 좋고, 또한, 도 2f(u-1)에서의 리지 및 그 가장자리 영역 근방(127)의 확대도인 도 2h의 제3 경사 중간면인 건식 에칭 후 측벽면(124)과 같이, 폭이 작은 복수의 면이 모인 형상, 요컨대, 곡면(단면도에서는 곡선)으로 되어 있어도 좋다. 이 제3 경사 중간면인 건식 에칭 후 측벽면이 여러 개 있는 경우에는, 이 제3 경사 중간면인 리지 측벽면과 반도체 기판 표면이 이루는 각도가, p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)에 가까울수록 작아지는 형상이다. 곡면의 경우에 리지 측벽면과 반도체 기판 표면이 이루는 각도는, 굳이 말하자면, 상기 단면도의 해당 곡선의 곡선 상의 각 위치에서의 접선과 반도체 기판 표면이 이루는 각도가 에칭 스톱층(106)에 가까울수록 작아지는 형상, 바꾸어 말하면 이 곡선은 리지 내측 방향으로 볼록한 곡선이라고 하는 것이 된다. FIG. 2G is an enlarged view of the ridge and its
여기서, 건식 에칭의 양은 리지 높이의 65∼95%의 범위, 바람직하게는 80%∼95%의 범위에서 행한다. 이 범위이면 리지 가장자리부에서의 습식 에칭에 의한 사이드 에칭량의 편차를 억제할 수 있다. 건식 에칭에 의해 형성되는 제1 면의 영역이 너무 적고, 그 결과 습식 에칭해야 할 영역이 너무 커지는 경우에는, 에칭액의 상태(농도, 온도 등)에 따라서 에칭량의 편차가 크게 좌우되고, 제2 면의 결정면의 영향이 지배적이지 않게 되기 때문이다. 한편, 여기서 건식 에칭의 양과 리지 높이의 상기 수치 범위는, 리지 측면부에서의 건식 에칭의 양과 리지 높이의 관계를 나타낸다. 즉, 본 실시형태 2에서는, 도 2g나 도 2h에 도시하는 바와 같이, 리지 측벽면과 반도체 기판 표면이 이루는 각도는, p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)에 가까울수록 작아진다. 따라서, 반도체 기판 표면에 대하여 거의 수직인 면을 형성하기 위한 건식 에칭의 양을 리지 높이의 65∼95%의 범위로 하는 경우의 기준이 되는 리지 높이는, 제1 건식 에칭 후 측벽면(121)에서의 높이를 기준으로 하였다. 즉, 건식 에칭의 양을 리지 높이의 65∼95%의 범위로 하는 경우의 기준이 되는 리지 높이는 리지 상단으로부터 에칭 스톱층(106) 표면에 대하여 늘어뜨린 수선의 거리를 기준으로 하였다. Here, the amount of dry etching is performed in the range of 65 to 95% of the ridge height, preferably in the range of 80% to 95%. If it is this range, the variation of the side etching amount by wet etching in the ridge edge part can be suppressed. When the area of the first surface formed by dry etching is too small, and as a result, the area to be wet etched becomes too large, the variation in etching amount is greatly influenced by the state (concentration, temperature, etc.) of the etching liquid, and the second This is because the influence of the crystal face of the face is not dominant. In addition, the said numerical range of the amount of dry etching and ridge height shows the relationship of the amount of dry etching in a ridge side part and ridge height here. That is, in the second embodiment, as shown in FIG. 2G and FIG. 2H, the angle formed between the ridge sidewall surface and the semiconductor substrate surface becomes smaller as the p-type Ga 0.5 In 0.5 P
그리고, 건식 에칭의 양은 리지 높이의 65∼95%의 범위에서 행한다. 한편 여기서 건식 에칭의 양과 리지 높이의 상기 수치 범위 및 기준이 되는 리지 높이는 실시형태 1과 마찬가지이다. And dry etching is performed in 65 to 95% of the ridge height. In addition, the said numerical range and the ridge height used as a reference | standard of the quantity of dry etching and ridge height are the same as that of
본 실시형태 2에서는, 도 2g나 도 2h에 도시하는 바와 같이, 리지 측벽면과 반도체 기판 표면이 이루는 각도는, p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)에 가까울수록 작아진다. In the second embodiment, as shown in FIG. 2G and FIG. 2H, the angle formed between the ridge sidewall surface and the semiconductor substrate surface becomes smaller as it approaches the p-type Ga 0.5 In 0.5 P
또한, 이러한 원하는 건식 에칭량을 얻는 방법으로서, 시간 제어에 의해 에칭을 정지하는 방법과, 기판 표면에 단색광을 대고 그 반사광에서 얻어진 간섭 강도와 시간의 관계로부터 에칭 잔여 두께를 산출하면서 에칭을 행하고, 원하는 막두께가 되었을 때에 에칭을 정지하는 방법을 들 수 있다. In addition, as a method of obtaining such a desired dry etching amount, etching is performed while controlling the etching by time control, applying the monochromatic light to the surface of the substrate, and calculating the etching residual thickness from the relationship between the interference intensity obtained from the reflected light and time, The method of stopping an etching when the desired film thickness reaches is mentioned.
한편, 본 발명에서 제1 면이나 제3 경사 중간면을 건식 에칭으로 형성하는 경우에, 적합하게 채용할 수 있는 건식 에칭 기술로서는, 상기의 ICP법에 한정되지 않고, 이방성의 플라즈마 에칭이면 좋고, 건식 에칭의 예로서, 일렉트론·사이클로트론·레조넌스(이하 ECR) 플라즈마를 이용한 방법 등을 들 수 있다. 또한, 에칭 가스로서는, SiCl4와 Ar의 혼합 가스 등이 이용되지만, SiCl4 가스 성분 대신에 염소 가스 또는 3염화 붕소 가스 등을 이용하면 좋다. In the present invention, when the first surface or the third inclined intermediate surface is formed by dry etching, the dry etching technique that can be suitably employed is not limited to the above-described ICP method, and may be anisotropic plasma etching. As an example of dry etching, the method using the electron cyclotron resonance (hereinafter ECR) plasma etc. are mentioned. As the etching gas, a mixed gas of SiCl 4 and Ar is used, but instead of the SiCl 4 gas component, chlorine gas or boron trichloride gas may be used.
계속해서, 도 2e(t-2) 및 도 2f(u-2)에 도시하는 바와 같이, 도 2e(t-1) 및 도 2f(u-1)에서 얻어진 중간체의 전면(리지 측면도 포함함)에, 플라즈마 CVD법에 의해 60㎚∼400㎚의 두께의 SiO2막(128 및 129)을 성장시킨다. Subsequently, as shown in FIGS. 2E (t-2) and 2F (u-2), the front surface (including the ridge side) of the intermediate obtained in FIGS. 2E (t-1) and 2F (u-1). Then, SiO 2 films 128 and 129 having a thickness of 60 nm to 400 nm are grown by plasma CVD.
여기서, 본 실시형태 2에서는, 리지 측벽 보호층을 형성하기 위해서 60㎚∼400㎚의 두께의 SiO2막(128 및 129)을 성장시켰지만, SiO2막(128 및 129)의 두께는 여기에 한정되는 것은 아니고, 다음 공정에서의 리지 측벽면 이외의 영역의 Si02막(128 및 129)을 제거하기 위해서, 건식 에칭의 추가 에칭에 의해 생기는 사이드 에칭량, 또는 각 공정에서 표면 처리를 목적으로 하여 적절하게 행하는 플루오르산계 약액을 이용한 습식 에칭 시의 에칭량에 따라서 SiO2막(128 및 129)의 두께는, 이것에 한정되지 않고 적절하게 선정하면 좋다. Here, the thickness of the present embodiment in the
또한, 본 실시형태 2에서 이용한 SiO2막(128 및 129)은, 이것에 한정하는 것이 아니고, 측벽 보호층으로서 사용할 수 있는 소재로서는, 그 후의 공정에서 이용하는 습식 에칭 약액에 대하여 고선택성(내에칭 약액성)을 확보할 수 있고, AlGaInP계 반도체층과 중간 생성물을 형성하지 않는, 성막 시의 막두께 제어성이 높다는 성질을 갖는 재료를 이용하면 좋고, 구체예로서는 SiO2막 이외에 SiN이나 Al2O3이라는 유전체막, GaAs나 AlGaAs라는 반도체층, 상기와 같은 성질을 갖는 금속막 및 유기막 등 적절하게, 리지 측벽 보호층으로서의 역할을 달성할 수 있는 것 등을 들 수 있다. Note that the SiO 2 films 128 and 129 used in the second embodiment are not limited thereto, and the materials that can be used as the sidewall protective layer include high selectivity (anti-etching) with respect to the wet etching chemicals used in subsequent steps. Chemical liquid) and a material having a property of having high film thickness controllability during film formation without forming an intermediate product with the AlGaInP-based semiconductor layer may be used. Specific examples include SiN and Al 2 O in addition to SiO 2 films. A dielectric film of 3 , a semiconductor layer of GaAs or AlGaAs, a metal film and an organic film having the above properties, and the like can be appropriately achieved as a ridge sidewall protective layer.
한편, 이들을 성막하는 수단의 예로서, CVD법이나 PVD법을 들 수 있지만, 본 실시형태에서는 높은 막두께 균일성의 성막이 가능하고, 성막이 용이한 플라즈마 CVD법이 특히 바람직하다. On the other hand, the CVD method and the PVD method may be mentioned as examples of the means for forming these films. In this embodiment, the plasma CVD method is particularly preferable in which film formation with high film thickness uniformity is possible and film formation is easy.
또한, 본 실시형태 2에서 이용한 SiO2막(128 및 129)은 단층이지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 필요에 따라서 복수의 층으로 구성되어도 좋다. Note that although the SiO 2 films 128 and 129 used in the second embodiment are single layers, they are not limited to this and may be composed of a plurality of layers as necessary.
다음에, 도 2e(t-3) 및 도 2f(u-3)에 도시하는 바와 같이, 리지 측벽면 이외의 영역의 SiO2막(128 및 129)을 건식 에칭에 의해 제거하고, SiO2 측벽 보호층(130 및 131)을 형성한다. Next, as shown in FIGS. 2E (t-3) and 2F (u-3), SiO 2 films 128 and 129 in regions other than the ridge sidewall surfaces are removed by dry etching, and SiO 2 sidewalls are removed.
건식 에칭으로서는, RIE(반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching))법, ICP법, ECR법 등 적절하게 리지 측면 이외의 영역의 SiO2막(128 및 129)을 제거할 수 있는 건식 에칭 방법이 채용 가능하다. 또한, 에칭 가스로서 CF4와 CHF3의 혼합 가스 등, CF계 가스가 이용된다. As dry etching, a dry etching method capable of appropriately removing SiO 2 films 128 and 129 in regions other than the ridge side such as RIE (Reactive Ion Etching) method, ICP method, and ECR method can be adopted. Do. As the etching gas, CF gas such as a mixed gas of CF 4 and CHF 3 is used.
한편, 본 실시형태 2에서는 RIE법을 채용하고 있고, 에칭 가스로서 CF4와 CHF3와 O2의 혼합 가스를 이용하고 있다. 또한, 건식 에칭 조건으로서, 혼합 가스 중의 CF4 및 CHF3의 체적 함유율은 각각 1∼10% 및 30∼50%, 압력은 40∼60Pa, 스테이지 온도는 10∼20℃로 하였지만, 이것에 한정하는 것이 아니고, 적절하게 리지 측면 이외의 영역의 SiO2막(128 및 129)을 제거할 수 있는 건식 에칭 조건이 채용 가능하다. In the second embodiment, on the other hand, the RIE method is employed, and a mixed gas of CF 4 , CHF 3, and O 2 is used as the etching gas. As dry etching conditions, the volume content of CF 4 and CHF 3 in the mixed gas was 1 to 10% and 30 to 50%, the pressure was 40 to 60 Pa, and the stage temperature was 10 to 20 ° C. Instead, a dry etching condition capable of appropriately removing the SiO 2 films 128 and 129 in regions other than the ridge side surfaces can be employed.
다음에, 도 2e(t-4) 및 도 2f(u-4)에 도시하는 바와 같이, 염산계 약액을 이용하여 p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)을 p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층 (106)에 도달하기까지 에칭한다. 여기서, p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)은 염산계 약액에 내성이 있기 때문에, 이 층의 노출에 의해 기판 표면에 대하여 수직 방향의 에칭이 정지한다. Next, as shown in FIGS. 2E (t-4) and 2F (u-4), the p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P second clad
또한, 기판 표면에 대하여 수직 방향의 습식 에칭 종료의 판단은, 반도체 기판 표면의 에칭 영역에서의 간섭무늬의 육안에 의해 행할 수 있다. p형 Ga0.5In0.5P 에칭층 스톱층(106)이 노출되면, 기판 표면에 대하여 수직 방향의 에칭 속도가 극단적으로 저하되고, 기판 표면의 막두께 균일성이 향상되기 때문에, 에칭 영역의 간섭무늬의 변화가 정지한다. 따라서, 기판 표면에 대하여 수직 방향의 에칭이 정지한 것을 확인할 수 있다. In addition, determination of the completion of the wet etching in the vertical direction with respect to the substrate surface can be performed by visual observation of the interference fringe in the etching region of the semiconductor substrate surface. When the p-type Ga 0.5 In 0.5 P etching
한편, 본 실시형태 2에서는, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)을 습식 에칭하는 약액으로서 염산계 약액을 이용하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, SiO2 측벽 보호층(130 및 131)과 p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)에 대하여 고선택성을 갖는 약액이라면 좋고, 예컨대 황산계 약액을 이용해도 좋다. On the other hand, in the
여기서는, SiO2 측벽 보호층(130 및 131)은 염산계 약액에 큰 내성이 있기 때문에, 리지 측면에서 이 측벽 보호층이 형성된 영역은 에칭되지 않고, 리지 측벽 톱부(제1 면이 되는 부분)에 사이드 에칭은 발생하지 않는다. Here, since the SiO 2 sidewall
한편, 도 2e(t-4) 및 도 2f(u-4)에 도시하는 바와 같이, 리지 측면에서 SiO2 측벽 보호층(130 및 131)이 형성되어 있지 않은 영역(리지 가장자리 부분)은 등방 적으로 에칭이 진행한다. On the other hand, as shown in Figs. 2E (t-4) and 2F (u-4), regions (ridge edge portions) in which the SiO 2 sidewall protection layers 130 and 131 are not formed on the ridge side are isotropic. The etching proceeds.
또한, 이 때, 리지 양측에서 리지 측벽면(제2 면과 제3 중간면)이 리지 외측에 튀어나오는 형상이 되도록, 사이드 에칭량과 SiO2 측벽 보호층(130 및 131) 두께를 조정한다. 여기서, 리지 측벽면이 리지 내측에 파고드는 형상으로 하면, 실시형태 1의 도 2b(k)와 동일한 리지 형상이 된다. At this time, the side etching amount and the thickness of the SiO 2 sidewall
여기서, 습식 에칭에 있어서 기판 표면에 대하여 수직 방향의 에칭이 정지한 직후에는, SiO2 측벽 보호층(130 및 131)이 형성되어 있지 않은 영역의 리지 측면은, 리지의 스트라이프 방향에 수직인 단면의 형상에서 곡선형상의 경사면이 된다. 따라서, SiO2 측벽 보호층(130 및 131)이 형성되어 있지 않은 영역의 리지 측면(제2 리지 측벽면(133 및 135))이 거의 직선 형상이 될 때까지, 그대로 습식 에칭을 속행하는 것이 바람직하다. 제2 리지 측벽면(133 및 135)이 단면 형상에서 거의 직선 형상의 경사면이 될 때까지 행하는 습식 에칭 공정 부분을 들어, 이것을 알기 쉽도록 굳이 「추가 에칭」이라고 칭하고 있지만, 상기 습식 에칭을 굳이 2단계로 나누어 행할 필요는 없고, 습식 에칭은 제2 리지 측벽면(135)이 단면 형상에서 거의 직선 형상의 경사면이 될 때까지 행하면 좋다. 한편, 이러한 추가 에칭량은 약액의 종류·혼합비에 따라서 적절히 선정하면 좋다. Here, in the wet etching, immediately after the etching in the vertical direction with respect to the substrate surface is stopped, the ridge side surface of the region in which the SiO 2 sidewall
다음에, 도 2e(t-5)및 도 2f(u-5)에 도시하는 바와 같이, 플루오르산계 약액을 이용하여 SiO2 측벽 보호층(130 및 131)을 제거한다. Next, as shown in FIGS. 2E (t-5) and 2F (u-5), the SiO 2 sidewall
본 실시형태 2에서는, SiO2 스트라이프(114)의 막두께를 SiO2 측벽 보호층(130 및 131)보다도 100∼300㎚ 크게 설정하고 있기 때문에, 시간 제어에 의해 상기 플루오르산계 약액에 의한 에칭을 정지함으로써, SiO2 측벽 보호층(130 및 131)만을 제거할 수 있다. In the second embodiment, since the film thickness of the SiO 2 stripe 114 is set to be 100 to 300 nm larger than the SiO 2 sidewall
여기서, 본 실시형태 2에서는, SiO2 측벽 보호층(130 및 131) 제거에 습식 에칭 기술을 이용하였지만, 습식 에칭에 한정되는 것이 아니고, 측벽 보호층을 구성하는 재료에 따라서 적절히 케미칼 건식 에칭법(이하 CDE법) 등을 선택해야 한다. 여기에서는, 측벽 보호층을 구성하는 재료에 따라서, SiO2 측벽 보호층(130 및 131)을 선택적으로 제거할 수 있는 에칭 기술을 채용하면 좋다. Here, although the wet etching technique was used to remove the SiO 2 sidewall
다음에 도 2e의 (t-9)나 도 2f의 (u-8)에 도시하는 바와 같이, MOCVD법에 의해, SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, 선택적으로 n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(138)을 두께 0.2∼0.4㎛ 성장시킨다. 계속해서, MOCVD법에 의해, SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, 선택적으로 n형 GaAs 캡층(139)을 두께 0.1∼0.2㎛ 성장시킨다. Next, as shown in (t-9) of FIG. 2E or (u-8) of FIG. 2F, the n-type Al 0.5 In 0.5 P is selectively formed using the SiO 2 stripe 114 as a mask by the MOCVD method. The
한편, n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(107)을 성장시키기 전에 리지 측벽의 손상층을 제거하기 위해서, 황산 약액으로 표면 처리를 행한다. 이 때, 리지 측벽은 15㎚∼40㎚ 정도의 범위로 에칭된다. 또한, 표면 처리를 행하기 위한 약액은 염산과 물의 혼합액이어도 좋다. On the other hand, before growing the n-type Al 0.5 In 0.5 P
한편, 앞서 전류 블록층은「상기 리지 상의 적어도 일부를 제외하여 형성된 전류 블록층」이라고 표현하고 있는 부분이 있지만, 이것은 상기 리지의 상면에는 전류 블록층이 형성되어 있지 않은 경우나, 또는, 도시되어 있지 않지만, 스트라이프형상으로 길게 신장된 상기 리지의 표면 중, 길이 방향의 양단부 근방은 전류 블록층으로 덮여 있어도 좋은 것을 의미하고 있고, 오히려, 후자의 경우가 바람직하다. On the other hand, although the current block layer has a portion expressed as "current block layer formed by removing at least a portion on the ridge", this is shown when the current block layer is not formed on the upper surface of the ridge, or Although not present, it means that the vicinity of both end portions in the longitudinal direction may be covered with a current block layer among the surfaces of the ridge elongated in a stripe shape, and the latter case is preferable.
다음에 도 2e의 (t-10)나 도 2f의 (u-9)에 도시하는 바와 같이, 플루오르산계 약액 등에 의해서 Si02 스트라이프(114)를 제거한 후, 증착법에 의해 p측 전극(140), n측 전극(141)을 형성하고, 리지 스트라이프형 반도체 레이저 웨이퍼를 완성시킨다. p측 전극(140)의 재료로서는, 예컨대 Ti/Pt/Au 등을 들 수 있고, 또한 n측 전극(141)의 재료로서는 예컨대 AuGe/Ni/Au 등을 들 수 있다. Next, as shown in (t-10) of FIG. 2E or (u-9) of FIG. 2F, after removing the SiO 2 stripe 114 with a fluoric acid chemical or the like, the p-
한편, 본 실시형태 2에서는 n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(138)을 이용하였지만, SiN이나 SiO2 등의 유전체막이어도 좋다. 이 경우, n형 GaAs 캡층(139)의 성장은 불필요하다. In the second embodiment, the n-type Al 0.5 In 0.5 P
본 실시형태 2에서 형성된 리지형 스트라이프에서는, 도 2i 및 도 2j에 도시하는 바와 같이, 제1 리지 측벽면(121)과 제2 리지 측벽면(135) 사이에, 제3 경사중간면인 134 및 136이 형성된다. 여기서, 도 2i는 도 2e(t-5)에서의 리지 및 그 가장자리 근방 영역(132)의 확대도, 또한, 도 2j는 도 2f(u-5)에서의 리지 가장자리 근방 영역(133)의 확대도이다. 제3 경사 중간면(134)은 직선 형상, 제3 경사 중간면(136)은 곡선형상(리지 내측 방향으로 돌출된 곡선형상)이고, 각각 리지 외측을 향하여 비스듬히 아래쪽 방향으로 경사하고 있다. 따라서, 실시형태 1에서의 반도체 표면과 거의 평행한 단차 스텝(117)와 비교하여, 공간적으로 본 경우의 리지 가장자리부에서의 재질의 급준한 변화, 즉 굴절율의 급준한 변화를 억제할 수 있고, 레이저 광의 NFP의 흐트러짐을 억제하여 FFP의 변형을 방지하는 것이 가능해진다. 특히 본 실시형태 2에 의하면 리지 가장자리부의 폭이 0.2㎛를 넘는 경우에도 상기의 효과를 나타내는 것이 가능하다. 여기서, 「리지 가장자리부의 폭」이란, 예컨대, 도 2i에 도시한 제1 리지 측벽면(121)으로부터 제2 리지 측벽면(135)이 에칭 스톱층(106)과 접하는 부분까지의 수평 거리를 말한다. In the ridge stripe formed in the second embodiment, as shown in FIGS. 2I and 2J, 134, which is a third inclined intermediate surface, between the first
여기서, 본 실시형태 2에서는 리지 양측에 있어서, 리지 측벽면이 리지 외측에 튀어나오는 형상이고, 또한, 사이드 에칭량과, 측벽 보호층 두께를 조정하고, (기판 표면과 평행한 방향에서의 제3 면의 건식 에칭 후 측벽면 치수)≥(측벽 보호층 두께)-(사이드 에칭량)≥0으로 할 필요가 있다. 예컨대, 본 실시형태 2의 도 2g에서는, (기판 표면과 평행한 방향에서의 제3 면의 건식 에칭 후 측벽면(123) 치수, 요컨대 [h-h'])≥(SiO2 측벽 보호층(130) 두께)-(사이드 에칭량)≥0으로 한다. 또한, 기판 표면과 평행한 방향에서의 제3 중간면(134) 치수, 요컨대 j-j', k-k' 치수(도 2e(t-5))는 작을수록 바람직하고, 0.2㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.1㎛ 이하인 것이 요구된다. 이 범위 내이면, 제3 중간면은 발진광에 대하여 악영향을 주지 않기 때문이다. 한편, (SiO2 측벽 보호층(130) 두께)-(사이드 에칭량)≥(h- h')≥0으로 한 경우, 리지 측벽면이 리지 외측에 튀어나오는 형상으로는 되지만, 도 2e(t-6)에 도시하는 바와 같이, 제3 중간면(134)과 제2 리지 측벽면(135) 사이에 건식 에칭 후 바닥면(122)의 일부로 이루어지고, 기판 표면과 거의 평행한 단차 스텝(137)이 형성된다. 이 단차 스텝(137)의 길이가 0.2㎛를 초과하면 전술한 바와 같이, 레이저 광의 NFP의 흐트러짐에 기인하는 FFP의 변형을 일으킬 우려가 있다. 따라서, 제3 경사 중간면의 기판 표면과 평행한 방향에서의 치수나 단차 스텝(137)의 길이는 0.2㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.1㎛ 이하인 것이 바람직하다. 한편, 도 2e와 마찬가지로, 도 2f인 것에 있어서도(도 2h 참조), (기판 표면과 평행한 방향에서의 제2 건식 에칭 후 측벽면(124) 치수, 요컨대 [i-i'])≥(Si02 측벽 보호층(131) 두께)-(사이드 에칭량)≥0으로 한다. 또한, 기판 표면과 평행한 방향에서의 제3 경사 중간면(136) 치수, 요컨대 l-l', m-m'(도 2f(u-5)나 도 2j 참조)는 작을수록 바람직하고, O.2㎛ 이하, 보다 바람직하게는 O.1㎛ 이하인 것이 요구된다. Here, in the second embodiment, the ridge side wall surface protrudes out of the ridge on both sides of the ridge, and the side etching amount and the side wall protective layer thickness are adjusted (the third in the direction parallel to the substrate surface). After dry etching of the surface, it is necessary to set side wall surface dimension) ≥ (sidewall protective layer thickness)-(side etching amount) ≥0. For example, in FIG. 2G of the second embodiment, (the dimension of the
또한, 경사시킨 오프각을 갖는 반도체 기판을 이용한 경우, 리지 양측에서 사이드 에칭량이 상이하다. 그 사이드 에칭량을 고려하여, 리지 양측에서, (기판 표면과 평행한 방향에서의 제3 면의 건식 에칭 후 측벽면 치수)≥(측벽 보호층 두께)-(사이드 에칭량)≥0으로 하고, 리지 측벽면이 리지 외측에 튀어나오는 리지 형상으로 하는 것이 요구된다. In addition, when the semiconductor substrate which has the inclined off angle is used, the side etching amount differs on both sides of the ridge. In consideration of the side etching amount, on both sides of the ridge, (side wall surface dimension after dry etching of the third surface in the direction parallel to the substrate surface) is set to ≥ (side wall protective layer thickness)-(side etching amount) ≥ 0, The ridge side wall surface is required to have a ridge shape that protrudes outside the ridge.
한편, 본 실시형태 1, 2에서는, 기판 방위가 (001)면에서 [110]방향으로 10 ° 경사한 오프각을 갖는 n형 GaAs 기판(102)을 이용하였지만, 본 발명은 기판 오프각에 관계없이 적용할 수 있다. On the other hand, in the first and second embodiments, the n-
(실시형태 3) (Embodiment 3)
도 2k의 (w-1)∼(w-6) 및 도 2k의 (x)는, 본 실시형태 3에서의 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 제조 공정을 도시하는 단면도이다. 본 실시형태 3은, n형 GaAs 기판(102)이 기판 방위를 (100)면에서 [011]방향으로 경사시킨 오프각을 갖는 반도체 기판을 이용하는 경우에 한정된다. 실시형태 1에서 설명한 바와 같이, 오프 기판을 이용하면, 예컨대 도 2b의 (l), (m), (n), 및 도 2c의 (p)에 도시하는 바와 같이, 반드시 중간 단차면(117)이 형성된다. 따라서, 본 실시형태 3은 실시형태 1에서의 중간 단차면(117)의 형성을 억제함으로써, 중간 단차면(117)과 제2 면(119)의 접속부 근방에서 발생하는 굴절율의 변화를 억제하고, 또한 치수 제어성, 재현성 좋게 리지 형성하는 것을 목적으로 한다. 한편, 본 실시형태 3에서는, 도 2a의 (e)에 도시하는 바와 같이, 측벽 보호층(116)을 형성하는 공정까지 실시형태 1과 공통이기 때문에, 그 이후의 공정에 관해서 설명한다. 또한, 층 구조에 관해서도 실시형태 1과 공통이다. (K-1)-(w-6) of FIG. 2K and (x) of FIG. 2K are sectional drawing which shows the manufacturing process of the ridge stripe type semiconductor laser apparatus in this
도 2a의 (e)에 도시하는 바와 같이, 리지 측벽면 이외의 영역의 SiO2막(115)을 건식 에칭에 의해 제거하고, Si02 측벽 보호층(116)을 형성한다. 여기서, 형성된 상기 리지의 스트라이프 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 기판을 아래로 하여 상기 리지를 [01-1]방향에서 보았을 때에, 리지 양측에 형성된 SiO2 측벽 보호층 (116) 중, 리지의 좌측에 형성된 것을 SiO2 측벽 보호층(116α)으로 하고, 리지의 우측에 형성된 것을 Si02 측벽 보호층(116β)으로 한다(도 2k(w-1) 참조). As shown in Fig. 2A (e), the SiO 2 film 115 in regions other than the ridge sidewall surface is removed by dry etching, and the SiO 2 sidewall
다음에, 도 2k의 (w-1)에 도시하는 바와 같이, 포토리소그라피 기술에 의해 레지스트 패턴(145)을 형성한다. 여기서, 레지스트 패턴(145)의 형상은, 이것에 한정하는 것은 아니고, SiO2 측벽 보호층(116α)의 전체 또는 리지 하단에 가까운 쪽의 일부분을 피복하여 SiO2 측벽 보호층(116β)의 전체 또는 리지 하단에 가까운 쪽의 일부분이 노출되어 있으면 좋다. Next, as shown in FIG. 2K (w-1), a resist
다음에, 도 2k의 (w-2)에 도시하는 바와 같이, 플루오르산계 약액을 이용하여 SiO2 측벽 보호층(116β)을 20㎚∼50㎚의 두께의 분만큼 에칭하여 박막화한 후, 레지스트 패턴(145)을 제거한다. 여기서, 에칭에 의한 박막화 후의 SiO2 측벽 보호층(116β)을, SiO2 측벽 보호층(116γ)이라고 부른다. Next, as shown in (w-2) of FIG. 2K, the SiO 2 sidewall protective layer 116β is etched by a thickness of 20 nm to 50 nm using a fluoric acid chemical solution to form a thin film, followed by a resist pattern. Remove 145. Here, SiO 2 sidewall protective layer 116β after thinning by etching is referred to as SiO 2 sidewall protective layer 116γ.
여기서, 본 실시형태 3에서는, SiO2 측벽 보호층(116β)을 박막화하기 위해서 20㎚∼50nm의 두께의 분만큼 에칭하였지만, 이 에칭량은 이것에 한정하는 것이 아니고, 다음 공정에서 p형 제2 클래드층(108)의 나머지의 부분을 p형 에칭 스톱층(106)에 달할 때까지 습식 에칭할 때, Si02 측벽 보호층(116α 및 116γ)의 아래에 생기고, n형 GaAs 기판(102)의 기판 오프각에 의해 결정되는 사이드 에칭량에 따라서 적절하게 바꾸면 좋다. In
또한, 본 실시형태 3에서는, SiO2 측벽 보호층(116β)에 대하여, 에칭 속도가 작은 플루오르산계 약액, 예컨대, Si02 스트라이프(114)를 에칭할 때에 이용되는 약액에 대하여 1/2∼1/10 정도의 플루오르산 농도의 약액을 이용하고 있기 때문에, 시간 제어에 의해, SiO2 측벽 보호층(116γ)을 소실시키지 않고 SiO2 측벽 보호층(116γ)의 두께를 조절할 수 있다. 또한, Si02 스트라이프(114)의 일부가 레지스트 패턴(145)으로부터 노출하고 있는 경우, 노출한 부분의 Si02 스트라이프(114)도 에칭되지만, 막두께를 Si02 측벽 보호층(116β)보다도 100∼300㎚ 크게 설정하고 있기 때문에, 노출된 부분의 Si02 스트라이프(114)가 소실되는 일은 없다. 또한, 상기 플루오르산계 약액에 의한 에칭에 의해, Si02 스트라이프(114)에 단차가 형성되지만, Si02 스트라이프(114)가 소실되지 않으면 문제없다. In addition, the
여기서, 본 실시형태 3에서는, SiO2 측벽 보호층(116β)의 박막화에 습식 에칭 기술을 이용하였지만, 습식 에칭에 한정되는 것은 아니고, 측벽 보호층을 구성하는 재료에 따라서 적절히 케미칼 건식 에칭법(이하 CDE법) 등을 선택해야 한다. 여기서는, 측벽 보호층을 구성하는 재료에 따라서, Si02 측벽 보호층(116β)을 선택적으로 에칭할 수 있는 에칭 기술을 채용하면 좋다. Here, in the third embodiment, although the wet etching technique is used for thinning the SiO 2 sidewall protective layer 116β, the chemical dry etching method is not limited to wet etching, and is appropriately determined depending on the material constituting the sidewall protective layer (hereinafter, referred to as a wet etching technique). CDE law). In this case, an etching technique capable of selectively etching the SiO 2 sidewall protective layer 116β may be employed depending on the material constituting the sidewall protective layer.
다음에, 도 2k의 (w-3)에 도시하는 바와 같이, 염산계 약액을 이용하여 p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)을 p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)에 도달할 때까지 에칭한다. 여기서, p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)은 염산계 약액에 내성이 있기 때문에, 이 층의 노출에 의해 기판 표면에 대하여 수직 방향의 에칭이 정지한다. 여기서, 본 실시형태 3에서는, 염산계 약액으로서, 타르타르산과 염산과 물의 혼합액을 이용하고 있고, 약액 중의 타르타르산의 체적 함유율은 30∼50%, 염산의 체적 함유율은 15∼35%이다. Next, as shown in (w-3) of FIG. 2K, the p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P is formed by using a hydrochloric acid-based chemical solution, and the second
또한, 기판 표면에 대하여 수직 방향의 습식 에칭 종료의 판단은, 반도체 기판 표면의 에칭 영역에서의 간섭무늬의 육안에 의해 행할 수 있다. p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)이 노출하면, 기판 표면에 대하여 수직 방향의 에칭 속도가 극단적으로 저하되고, 기판 표면의 막두께 균일성이 향상하기 때문에, 에칭영역의 간섭무늬의 변화가 정지한다. 따라서, 기판 표면에 대하여 수직 방향의 에칭이 정지한 것을 확인할 수 있다. In addition, determination of the completion of the wet etching in the vertical direction with respect to the substrate surface can be performed by visual observation of the interference fringe in the etching region of the semiconductor substrate surface. When the p-type Ga 0.5 In 0.5 P
한편, 본 실시형태 3에서는, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)을 습식 에칭하는 약액으로서 염산계 약액을 이용하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, SiO2 측벽 보호층(116α 및 γ)과 p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)에 대하여 고선택성을 갖는 약액이면 좋고, 예컨대 황산계 약액을 이용해도 좋다. On the other hand, in the third embodiment, a p-type (Al 0.7 Ga 0.3) 0.5 In 0.5 P
여기에서는, SiO2 측벽 보호층(116α 및 116γ)은 염산계 약액에 큰 내성이 있기 때문에, 리지 측면에서 이 층이 형성된 영역은 에칭되지 않고, SiO2 측벽 보호 층(116α 및 116γ)이 형성되어 있는 영역(제1 리지 측벽면(146))에 사이드 에칭은 발생하지 않는다. Here, since the SiO 2 sidewall protective layers 116α and 116γ are largely resistant to hydrochloric acid-based chemicals, the region where the layer is formed on the ridge side is not etched, and the SiO 2 sidewall protective layers 116α and 116γ are formed. Side etching does not occur in the region (the first ridge sidewall surface 146).
한편, 리지 측면에서 Si02 측벽 보호층(116α 및 116γ)이 형성되어 있지 않은 영역(리지 가장자리 부분)은 등방적으로 에칭이 진행한다. On the other hand, in the region where the SiO 2 sidewall protective layers 116α and 116γ are not formed on the ridge side, the etching proceeds isotropically.
여기서, 습식 에칭에 있어서 기판 표면에 대하여 수직 방향의 에칭이 정지한 직후는, SiO2 측벽 보호층(116α 및 116γ)이 형성되어 있지 않은 영역의 리지 측면은, 리지의 스트라이프 방향에 수직인 단면의 형상으로 곡선형상의 경사면이 된다. 따라서, SiO2 측벽 보호층(116α 및 116γ)이 형성되어 있지 않은 영역의 리지 측면(제2 리지 측벽면(147))이 거의 직선 형상이 될 때까지, 그대로 습식 에칭을 속행하는 것이 바람직하다. 제2 리지 측벽면(147)이 단면 형상으로 거의 직선 형상의 경사면, 즉 전체적으로 (111)면이 노출할 때까지 행하는 습식 웨칭 공정 부분을 들어 이것을 알기 쉽도록 굳이「추가 에칭」이라고 칭하고 있지만, 상기 습식 에칭을 굳이 2단계로 나누어 행할 필요는 없고, 습식 에칭은 제2 리지 측벽면(147)이 단면 형상에서 거의 직선 형상인 경사면이 될 때까지 행하면 좋다. 한편, 이러한 추가 에칭량은 약액의 종류·혼합비에 따라서 적절히 선정하면 좋다. Here, in the wet etching, immediately after the etching in the vertical direction with respect to the substrate surface is stopped, the ridge side surface of the region where the SiO 2 sidewall protective layers 116α and 116γ are not formed has a cross section perpendicular to the stripe direction of the ridge. The shape becomes a curved slope. Therefore, it is preferable that as follow-up wet etching until the SiO 2 side wall protection layer (116α and 116γ) is not formed, the ridge side (second ridge-side wall surface 147) is substantially linear in the region. Although the wet etch process part which performs until the 2nd ridge
다음에, 도 2k의 (w-4)에 도시하는 바와 같이, 플루오르산계 약액을 이용하여 SiO2 측벽 보호층(116α 및 116γ)을 제거한다. Next, as shown in FIG. 2K (w-4), the SiO 2 sidewall protective layers 116α and 116γ are removed using a fluoric acid chemical.
본 실시형태 3에서는 SiO2 스트라이프(114)의 막두께를 Si02 측벽 보호층(116 α 및 116γ)보다도 100∼300㎚ 크게 설정하고 있기 때문에, 시간 제어에 의해 상기 플루오르산계 약액에 의한 에칭을 정지함으로써, SiO2 측벽 보호층(116α 및 116γ)만을 제거할 수 있다. Since the
여기서, 본 실시형태 3에서는, SiO2 측벽 보호층(116α 및 116γ)의 제거에 습식 에칭 기술을 이용하였지만, 습식 에칭에 한정되는 것은 아니고, 측벽 보호층을 구성하는 재료에 따라서 CDE법 등을 선택해야 한다. 여기서는, 측벽 보호층을 구성하는 재료에 따라서, SiO2 측벽 보호층(116α 및 116γ)을 선택적으로 제거할 수 있는 에칭 기술을 채용하면 좋다. Here, in the third embodiment, although the wet etching technique is used to remove the SiO 2 sidewall protective layers 116α and 116γ, it is not limited to the wet etching, and the CDE method or the like is selected according to the material constituting the sidewall protective layer. Should be. Here, an etching technique capable of selectively removing the SiO 2 sidewall protective layers 116α and 116γ may be employed depending on the material constituting the sidewall protective layer.
다음에 도 2k의 (w-5)에 도시하는 바와 같이, MOCVD법에 의해, SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, 선택적으로 n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(148)을 두께 0.2∼0.4㎛ 성장시킨다. 계속해서, MOCVD법에 의해, SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, 선택적으로 n형 GaAs 캡층(149)을 두께 0.1∼0.2㎛ 성장시킨다. 한편, n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(148)을 성장시키기 전에 리지 측벽의 손상층을 제거하기 위해서, 황산 약액으로 표면 처리를 행한다. 이 때, 리지 측벽은 15㎚∼40㎚ 정도의 범위에서 에칭된다. 또한, 표면 처리를 행하기 위한 약액은 염산과 물의 혼합액이어도 좋다. Next, as shown in Fig. 2K (w-5), the n-type Al 0.5 In 0.5 P
한편, 앞서 전류 블록층은 「상기 리지 상의 적어도 일부를 제외하여 형성된 전류 블록층」이라고 표현하고 있는 부분이 있지만, 이것은, 상기 리지의 상면에는 전류 블록층이 형성되어 있지 않은 경우나, 또는, 도시되어 있지 않지만, 스트라이프형상으로 길게 신장된 상기 리지의 표면 중, 길이 방향의 양단부 근방은 전류 블록층으로 덮여 있어도 되는 것을 의미하고 있고, 오히려, 후자의 경우가 바람직하다. On the other hand, although the current block layer has a portion expressed as "a current block layer formed by removing at least a part on the ridge", this is the case where the current block layer is not formed on the upper surface of the ridge or is illustrated. Although not, it means that the vicinity of both ends in the longitudinal direction may be covered with a current block layer among the surfaces of the ridge elongated in a stripe shape, and the latter case is preferable.
다음에 도 2k의 (w-6)에 도시하는 바와 같이, 플루오르산계 약액 등에 의해서 SiO2 스트라이프(114)를 제거한 후, 증착법에 의해 p측 전극(150), n측 전극(151)을 형성하고, 리지 스트라이프형 반도체 레이저 웨이퍼를 완성시킨다. p측 전극(150)의 재료로서는, 예컨대 Ti/Pt/Au 등을 들 수 있고, 또한, n측 전극(151)의 재료로서는 예컨대 AuGe/Ni/Au 등을 들 수 있다. Next, as shown in FIG. 2K (w-6), after removing the SiO 2 stripe 114 with a fluoric acid chemical or the like, the p-
한편, 본 실시형태 3에서는 n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(148)을 이용하였지만, SiN이나 SiO2 등의 유전체막이라도 좋다. 이 경우, n형 GaAs 캡층(149)의 선택 성장은 불필요하다. In the third embodiment, although the n-type Al 0.5 In 0.5 P
본 실시형태 3에서 형성된 리지형 스트라이프는 높은 수직성·대칭성을 갖고, 건식 에칭에 의해 형성된 리지 상단에 가까운 쪽의 리지 측면과 n형 GaAs 기판(102) 표면이 이루는 각도, 및, 습식 에칭에 의해 형성된 리지 하단에 가까운 쪽의 제2 리지 경사면과 n형 GaAs 기판(102) 표면이 이루는 각도는, 실시형태 1에서 형성된 리지형 스트라이프와 동등해진다. The ridge stripe formed in the third embodiment has high verticality and symmetry, and is formed by the angle between the ridge side on the side near the top of the ridge formed by dry etching and the surface of the n-
또한, 본 실시형태 3에서는, (SiO2 측벽 보호층(116α)의 두께)=(Si02 측벽 보호층(116α) 하에서 발생하는 사이드 에칭량) 및 (SiO2 측벽 보호층(116γ)의 두께)=(Si02 측벽 보호층(116γ) 하에서 발생하는 사이드 에칭량)으로 함으로써, 경사시킨 오프 기판을 이용하고 있음에도 불구하고, 건식 에칭에 의해 형성된 리지 측벽면과 습식 에칭에 의해 형성된 리지 측벽면의 경계에 제3 중간 단차 스텝면 등이 형성되지 않고, 제1 면과 제2 면이 직접 접속되는 형상이 된다. 여기서, 오프 기판을 이용하는 경우, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)을 습식 에칭할 때에, SiO2 측벽 보호층(116α 및 116γ) 하에서 발생하는 사이드 에칭량은, (SiO2 측벽 보호층(116α) 하에서 발생하는 사이드 에칭량)>(SiO2 측벽 보호층(116γ) 하에서 발생하는 사이드 에칭량)이 되고, 기판 오프각의 증가에 수반하여, 이 양자의 사이드 에칭량의 차이는 커진다. 따라서, 기판 오프각에 따라서 SiO2 측벽 보호층(116α 및 116γ)의 두께를 선정하면 좋다. 한편, 본 실시형태 3에 있어서, SiO2 측벽 보호층(116α 및 116γ) 하에 발생하는 사이드 에칭량과, SiO2 측벽 보호층(116α 및 116γ)의 두께의 편차에 의해 제1 리지 측벽면(146)과 제2 리지 측벽면(147) 사이에, 실시형태 1과 동일한 제3 중간 단차 스텝면이 형성되는 경우가 있지만, (Si02 측벽 보호층(116α 및 116γ) 두께)≥(사이드 에칭량)으로 설정하면, 도 2k의 (x)에 도시하는 바와 같이, 리지 외측에 튀어나온 형상의 중간 단차 스텝면(152)이 형성되고, 제3 중간 단차 스텝면(152) 치수 n-n' 및 o-o'이 작은 리지를 치수 제어성·재현성 좋게 형성할 수 있다. In this
이상, 본 발명에 의하면, SiO2 측벽 보호층(116, 130 및 131 및 116α, 116γ)에 의해, 리지 측면의 사이드 에칭을 억제하면서, 건식 에칭에 기인하는 플라즈마 손상층 제거를 목적으로 한 리지 형성을 치수 정밀도 좋게 행할 수 있고, 리지의 길이 방향(스트라이프 방향)에 대하여 수직인 단면에 있어서, 좌우 대칭성이 균일한 리지 형상의 형성이 가능해진다. 이에 더하여, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)의 상당 부분을 건식 에칭하고 있기 때문에, 리지의 길이 방향(스트라이프 방향)에 대하여 수직인 단면에 있어서, 고수직성·고대칭성의 리지 형상이 얻어진다. 이들의 효과는, 얻어지는 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치의 킹크 레벨 향상, 수율 향상에 연결된다. As described above, according to the present invention, the ridge formation for the purpose of removing the plasma damage layer due to dry etching while suppressing the side etching on the ridge side by the SiO 2 sidewall
또한, 본 발명에 의하면, 습식 에칭에 의해, 발광 위치에 가까이, 발진광에 가장 영향을 주는 리지 가장자리부에 거의 직선 형상인 경사면(제2 리지 측벽면)이 형성되어 있는, 즉, 노출하는 결정면수(복수의 상이한 종류의 결정면이 노출하는 것)를 감소함으로써, 리지 가장자리부에서 n형 AlInP 등 반도체층으로 구성된 전류 블록층의 결정성을 향상시킬 수 있다. 또한, SiN 및 SiO2 등 유전체막에 의해 구성된 전류 블록층의 경우에는 그 커버리지성을 향상시킬 수 있다. 이들의 효과는, 레이저 광의 수평 방사각의 균일화, 임계값 전류나 동작 전류의 감소 등 반도체 레이저 소자 특성의 개선에 연결된다. In addition, according to the present invention, by wet etching, an almost straight inclined surface (second ridge sidewall surface) is formed near the light emitting position and the ridge edge portion most affecting the oscillation light, that is, the crystal to be exposed. By reducing the number of surfaces (exposed by a plurality of different kinds of crystal planes), the crystallinity of the current block layer composed of a semiconductor layer such as n-type AlInP at the ridge edge can be improved. In addition, in the case of the current block layer formed of dielectric films such as SiN and SiO 2 , the coverage thereof can be improved. These effects are connected to the improvement of semiconductor laser element characteristics, such as the uniformity of the horizontal radiation angle of a laser beam, reduction of a threshold current or an operating current.
또한, 본 실시형태에서는, AlGaInP계의 적색 반도체 레이저 장치를 이용하였 지만, 이것에 한정하는 것은 아니고, 본 발명은 혼합 결정 화합물 반도체를 이용한 모든 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치에 적용이 가능하다. 한편, 본 발명에 따른 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치에는 하나의 스트라이프형상의 리지를 갖는 타입뿐만 아니라, 동일 기판 상에 복수의 스트라이프형상 리지를 갖는 타입, 또한 그 중에서도 다른 파장의 레이저 광을 발하는 타입, 예컨대, 적외광과 적색광을 발하는 타입의 레이저 장치가 포함되는 것은 말할 필요도 없다. In addition, in this embodiment, although the AlGaInP system red semiconductor laser device was used, it is not limited to this, This invention is applicable to all the ridge stripe type semiconductor laser devices which used the mixed crystal compound semiconductor. On the other hand, in the ridge stripe type semiconductor laser device according to the present invention, not only the type having one stripe ridge, but also the type having a plurality of stripe ridges on the same substrate, and the type of emitting laser light of different wavelengths among them, It goes without saying that a laser device of the type which emits infrared light and red light, for example, is included.
실시예 1 Example 1
다음에, 상기 실시형태 1에서 이용한 도 1 및 도 2a의 (a)∼(e), 거기에 계속되는 공정의 도 2c의 (o)∼(r)를 참조하여 본 발명의 이해를 보다 한층 쉽게 하기 위해서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에만 한정되는 것이 아니고, 모든 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치에 적용이 가능하다. 한편, 도 2c의 (o)∼(r)은 경사한 특정한 오프각을 갖는 반도체 기판을 반도체 기판으로서 이용한 경우의 도 2a의 (f)∼(i)에 상당하는 공정을 도시하는 단면도이고, 도 2c의 (o)보다 앞의 공정은, 도 2a의 (a)∼(e)에서 도시한 공정과 동일하기 때문에, 도 2a의 (a)∼(e)와 도 2c의 (o)∼(r)를 인용하여 설명한다. Next, referring to FIGS. 1 and 2A (a) to (e) used in
우선 도 1 및 도 2a의 (a)에 도시하는 바와 같이, n형 GaAs 기판(102)(두께 450㎛) 상에, MOCVD법에 의해, n형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 클래드층(103)(두께 2㎛), Ga0.5In0.5P 활성층(104)(두께 5㎚), p형 (Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P 제1 클래드층(105)(두께 0.2㎛), p형 Ga0 .5In0 .5P 에칭 스톱층(106)(두께 10㎚), p형 (Al0 .7Ga0 .3)0.5In0 .5P 제2 클래드층(108)(두께 1.2㎛), p형 Ga0.5In0.5P 중간층(109)(두께 50㎚) 및 p형 GaAs 콘택트층(110)(두께 O.2㎛)을 순차 형성하였다. 다음에, p형 GaAs 콘택트층(110) 상에, SiO2막(113)(두께 O.6㎛)을 상압 CVD법에 의해 형성하였다. First, as shown in Figs. 1 and 2A (a), an n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P clad layer is formed on an n-type GaAs substrate 102 (450 μm in thickness) by MOCVD. 103 (
한편, 이용하고 있는 n형 GaAs 기판(102)은 기판 방위가 (100)면에서 [011]방향으로 10°경사한 오프각을 갖는 경사 기판이다. On the other hand, the n-
다음에, 도 2a의 (b)에 도시하는 바와 같이, 포토리소그라피 기술과 건식 에칭 기술에 의해 Si02 스트라이프(114)(폭 2㎛)를 형성하였다. Next, as shown in Fig. 2A (b), a SiO 2 stripe 114 (
다음에 도 2a의 (c)에 도시하는 바와 같이, SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108), p형 Ga0.5In0.5P 중간층(109), 및 p형 GaAs 콘택트층(110)을, p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)의 위 300㎚의 위치까지 건식 에칭하였다. 여기에서는, 시간 제어로써 건식 에칭을 정지하였다.Next, as shown in (c) of FIG. 2A, the p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P
건식 에칭으로서는 ICP법을 이용하였다. 또한, 에칭 가스로서, SiCl4와 Ar의 혼합 가스를 이용하였다. 건식 에칭 조건으로서, 혼합 가스 중의 SiCl4 함유율은 약 11체적%, 챔버 내 압력은 약 0.6Pa, 하부 전극의 바이어스 파워는 120W, ICP 파워는 200W로 하였다. As a dry etching, the ICP method was used. In addition, a mixed gas of SiCl 4 and Ar was used as the etching gas. As dry etching conditions, the SiCl 4 content in the mixed gas was about 11% by volume, the pressure in the chamber was about 0.6 Pa, the bias power of the lower electrode was 120W, and the ICP power was 200W.
다음에 도 2a의 (d)에 도시하는 바와 같이, 도 2a의 (c)에서 얻어진 중간체 의 전면(리지 측면도 포함함)에 플라즈마 CVD법에 의해, 300nm의 두께의 SiO2막(115)을 성장시켰다. Next, as shown in Fig. 2A (d), a 300 nm thick SiO 2 film 115 is grown by plasma CVD on the entire surface (including the ridge side) of the intermediate obtained in Fig. 2A (c). I was.
다음에 도 2a의 (e)에 도시하는 바와 같이, 리지 측면 이외의 영역의 SiO2막(115)을 건식 에칭에 의해 제거하고, Si02 측벽 보호층(116)을 형성하였다. Next, as shown in (e) of FIG. 2A, the SiO 2 film 115 in regions other than the ridge side surface was removed by dry etching to form a SiO 2 sidewall
여기서는, RIE법을 이용하여 건식 에칭을 행하였다. 에칭 가스로서 CF4와 CHF3와 O2의 혼합 가스를 이용하여 건식 에칭 조건으로서 혼합 가스 중의 CF4 및 CHF3의 체적 함유율은 각각 5% 및 40%, 압력은 50Pa로 하였다. Here, dry etching was performed using the RIE method. Using the mixed gas of CF 4 , CHF 3 and O 2 as the etching gas, the volume content of CF 4 and CHF 3 in the mixed gas was 5% and 40%, and the pressure was 50 Pa, respectively, as dry etching conditions.
다음에, 플루오르산계 약액을 이용하여, 리지 측벽 이외의 영역의 SiO2막(115) 잔사 제거를 목적으로 기판의 표면 처리를 행하였다. Next, the substrate was subjected to surface treatment using a fluoric acid chemical solution for the purpose of removing residues of the SiO 2 film 115 in regions other than the ridge sidewalls.
다음에, 타르타르산과 염산의 혼합 약액을 이용하여, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)을 p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)에 도달할 때까지 에칭하였다. 여기서, p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)은 상기 염산계 약액에 내성이 있기 때문에, 이 층의 노출에 의해 기판 표면에 대하여 수직 방향의 에칭이 정지하였다. 에칭 영역에서의 간섭무늬의 육안에 의해, 기판 표면에 수직인 방향의 에칭 정지를 확인하였다. Next, when the p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P
SiO2 측벽 보호층(116)은 염산계 약액에 큰 내성이 있기 때문에, 리지 측벽면에서 이 층이 형성된 영역은 에칭되지 않고, 리지 톱부(제1 리지 측벽면(118))에 사이드 에칭은 발생하지 않았다. Since the SiO 2 sidewall
한편, 도 2c의 (o)에 도시하는 바와 같이, 리지 측벽면에서 Si02 측벽 보호층(116)이 형성되어 있지 않은 영역은 등방적으로 에칭이 진행하였다. 한편, 기판 표면에 수직인 방향의 에칭은, p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)이 형성되어 있기 때문에, 그 표면이 나타나면, 그 이상 진행하지 않게 되지만, 이것을 전술한 에칭 영역에서의 간섭무늬의 육안에 의해 확인하고, 그 후 다시 그대로 계속하여, 리지 가장자리부에 거의 직선 형상의 경사면(제2 리지 측벽면(119))을 형성하기 때문에, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층을 에칭 대상의 소재로 한 경우에 기판 표면에 수직인 방향에 대하여 200㎚ 에칭되기에 동일한 시간의 습식 에칭을 속행하였다(추가 에칭). 이와 같이 추가 에칭을 속행하더라도, p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)이 형성되어 있기 때문에, 기판 표면에 수직인 방향에 에칭은 진행하지 않았지만, 리지 가장자리부의 경사면(제2 리지 측벽면(119))은 리지의 스트라이프 방향에 수직인 단면에 있어서, 거의 직선 형상인 경사면을 형성할 수 있었다. On the other hand, as shown in Fig. 2c of (o), do not have the side wall Si0 2
다음에, 도 2c의 (p)에 도시하는 바와 같이, 플루오르산계 약액을 이용하여, 시간제어에 의해 SiOs 측벽 보호층(116)만을 제거하였다. Next, as shown in Fig. 2C, only the SiOs sidewall
다음에 도 2c의 (q)에 도시하는 바와 같이, MOCVD법에 의해, SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, 선택적으로 n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(107)을(두께 0.3㎛) 성장시켰다. 한편, n형 Al0 .5In0 .5P 전류 블록층(107)을 성장시키기 전에 리지 측벽의 손상층을 제거하기 위해서, 황산 약액(97% 황산)으로 표면 처리를 행하였다. 이 때, 리지 측벽은 한 쪽에서 25㎚ 정도 에칭되었다. 계속해서, MOCVD법에 의해, SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, 선택적으로 n형 GaAs 캡층(111)(두께 0.17㎛)을 성장시켰다.Next, as shown in Fig. 2C (q), the n-type Al 0.5 In 0.5 P
다음에 도 2c의 (r)에 도시하는 바와 같이, 플루오르산계 약액을 이용하여 Si02 스트라이프(114)를 제거한 후, 증착법에 의해 Ti/Pt/Au로 이루어지는 p측 전극(112)(두께 50/100/50㎚), AuGe/Ni/Au로 이루어지는 n측 전극(101)(두께 100/50/400㎚)을 형성하여 리지 스트라이프형 반도체 레이저 웨이퍼를 완성시켰다. Next, as shown in Fig. 2C (r), after removing the SiO 2 stripe 114 using a fluoric acid chemical, the p-
얻어진 리지형 스트라이프는 높은 수직성·대칭성을 갖고, 리지 상단에 가까운 쪽의 리지 측면(제1 리지 측벽면(118))과 n형 GaAs 기판(102) 표면이 이루는 각도는 86°가 되었다. 한편, 리지 하단에 가까운 쪽의 리지 측면(제2 리지 측벽면(119))과 n형 GaAs 기판(102) 표면이 이루는 각도는, 10°정도의 오프각을 갖는 n형 GaAs 기판(102)을 이용하고 있기 때문에, 리지 양측에서 다르고 각각 40°, 62°가 되었다. The obtained ridge stripe had high verticality and symmetry, and the angle formed between the ridge side surface (first ridge sidewall surface 118) near the top of the ridge and the n-
또한, 본 실시예에서 형성된 리지 상부에, p형 Ga0.5In0.5P 중간층(109) 및 p형 GaAs 콘택트층(110)이 돌출한 차양형상의 오버행은 형성되지 않았다. 그 때문에, n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(107) 성장 시에 공동이 발생하는 일은 없었다.Further, an overhang in the sunshade where the p-type Ga 0.5 In 0.5 P
얻어진 리지 스트라이프형 반도체 레이저 웨이퍼는, 리지 측면의 기판면에 대한 수직성과 리지 단면 형상의 좌우 대칭성이 우수하였다. 또한, 킹크 레벨은 이용한 측정 장치에서 측정 가능한 최고값 300mW에 도달하고 있었기 때문에, 킹크 레벨은 25℃에 있어서 300mW를 초과하고 있는 것이 확인되고, 뛰어난 성능을 발휘하는 리지 스트라이프형 반도체 레이저를 안정 형성할 수 있었다. The obtained ridge stripe semiconductor laser wafer was excellent in the perpendicularity to the substrate surface of the ridge side surface and the symmetry of the ridge cross-sectional shape. In addition, since the kink level reached the maximum value 300 mW measurable with the measuring device used, it was confirmed that the kink level exceeded 300 mW at 25 ° C, and stably formed a ridge stripe semiconductor laser exhibiting excellent performance. Could.
한편, 전류 블록층(107)으로서 n형 Al0.5In0.5P 대신에 SiN 유전체막을 이용한 경우도 동일하게 하여 실시하였다. 이 경우, n형 GaAs 캡층(111)의 성장은 불필요하고, 그 외의 조건은 동일하게 행한 바, 전류 블록층(107)으로서 n형 Al0.5In0.5P를 이용한 경우와 동등한 성능을 갖는 리지 스트라이프형 반도체 레이저를 안정 형성할 수 있었다. On the other hand, a case where a SiN dielectric film was used instead of n-type Al 0.5 In 0.5 P as the
또한, 본 실시예에서는, 건식 에칭에 의해 형성된 리지 측면과 습식 에칭에 의해 형성된 리지 측면의 경계는, 한 쪽의 리지 측면에 있어서는 굴절부가 되고, 제1 리지 측벽면과 제2 리지 측벽면은 각도가 생겨 이어져 형성되었다. 또한, 다른 한 쪽의 리지 측면에 있어서는, 제1 리지 측벽면과 제2 리지 측벽면의 사이에 제3 면인 단차 스텝부가 형성되고, 그 단차 스텝(117)의 치수(g-g')는 O.07㎛가 되었다. 이러한 양태가 된 것은, 도 2b의 (l)에서 설명한 바와 같은, 경사시킨 오프각을 갖는 반도체 기판을 이용한 경우로서, 상기 습식 에칭의 공정에서 리지 양측에서 각각 발생하는 사이드 에칭 중, 사이드 에칭되는 양이 큰 쪽(도 2c 의 (o), (p)에 있어서는, 도면의 좌측의 제2 리지 측벽면)의 사이드 에칭량이 측벽 보호층의 두께와 동일한 경우에서, 사이드 에칭되는 양이 작은 쪽(도 2c의 (o), (p)에 있어서는, 도면의 우측의 제2 리지 측벽면)의 사이드 에칭량이 측벽 보호층의 두께보 다 작은 경우에 해당했기 때문이다. In this embodiment, the boundary between the ridge side formed by dry etching and the ridge side formed by wet etching is a refractive portion at one ridge side, and the first ridge side wall surface and the second ridge side wall surface are angled. Formed and continued. Further, on the other ridge side surface, a stepped step portion that is a third surface is formed between the first ridge sidewall surface and the second ridge sidewall surface, and the dimension (g-g ') of the stepped
실시예 2 Example 2
계속해서, 상기 실시형태 2에서 이용한 도 2a의 (a)∼(b), 그것에 계속되는 공정의 도 2e의 (t-1)∼(t-2) 및 (t-7)∼(t-10)를 참조하여, 본 발명의 이해를 보다 한층 쉽게 하기 위해서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에만 한정되는 것이 아니라, 모든 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치로써 적용이 가능하다. Subsequently, (a) to (b) of FIG. 2A used in the second embodiment, (t-1) to (t-2) and (t-7) to (t-10) of FIG. 2E of the subsequent steps. With reference to the following, the present invention will be described in more detail with reference to Examples in order to make the understanding of the present invention easier, but the present invention is not limited to the following Examples, but can be applied to any ridge stripe type semiconductor laser device. Do.
우선, 도 2a의 (a)에 도시하는 바와 같이, n형 GaAs 기판(102)(두께 450㎛)상에, MOCVD법에 의해 n형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 클래드층(103)(두께 2㎛), Ga0.5In0.5P 활성층(104)(두께 5㎚), p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제1 클래드층(105)(두께 0.2㎛), p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)(두께 10nm), p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)(두께 1.2㎛), p형 Ga0.5In0.5P 중간층(109)(두께 50㎚), 및 p형 GaAs 콘택트층(110)(두께 0.2㎛)를 순차 형성하였다. 다음에, p형 GaAs 콘택트층(110) 상에 SiO2막(113)(두께 0.6㎛)을 상압 CVD법에 의해 형성하였다. First, as shown in FIG. 2A (a), the n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P clad
한편, 이용하고 있는 n형 GaAs 기판(102)은 기판 방위가 (100)면에서 [011]방향으로 10°경사한 오프각을 갖는 경사 기판이다. On the other hand, the n-
다음에, 도 2a의 (b)에 도시하는 바와 같이, 포토리소그라피 기술과 건식 에칭 기술에 의해 Si02 스트라이프(114)(폭 2㎛)를 형성하였다. Next, as shown in Fig. 2A (b), a SiO 2 stripe 114 (
다음에 도 2e의 (t-1)에 도시하는 바와 같이, SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108), p형 Ga0.5In0.5P 중간층(109), 및 p형 GaAs 콘택트층(110)을, p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)의 위 200㎚의 위치까지 건식 에칭하였다. 여기서는, 시간 제어로써 건식 에칭을 정지하였다. Next, as shown in (t-1) of FIG. 2E, the p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P
건식 에칭으로서는 ICP법을 이용하였다. 또한, 에칭 가스로서 SiCl4와 Ar의 혼합 가스를 이용하였다. 건식 에칭 조건으로서, 혼합 가스 중의 SiCl4 함유율은 약 8체적%, 챔버 내 압력은 약 0.4Pa, 하부 전극의 바이어스 파워는 100W, ICP 파워는 250W로 하였다. 그 결과, 도 2g에 도시하는 바와 같이, 제1 건식 에칭 후 측벽면(121)과 건식 에칭 후 바닥면(122) 사이에 제3 경사 중간면이 되는 건식 에칭후 측벽면(123)이 형성되었다. 상기 건식 에칭 조건은 실시예 1의 조건과 비교해서, (1) 에칭 가스 농도를 저하시키고, (2) 하부 전극 파워를 낮추며, (3) 챔버 내 압력을 낮게 한 것이다. As a dry etching, the ICP method was used. In addition, a mixed gas of SiCl 4 and Ar was used as the etching gas. As dry etching conditions, the SiCl 4 content in the mixed gas was about 8% by volume, the pressure in the chamber was about 0.4 Pa, the bias power of the lower electrode was 100W, and the ICP power was 250W. As a result, as shown in FIG. 2G, a dry etching
에칭에 의해 형성된 리지 바닥부의 코너에서는 가스의 흐름이 다른 부분에 비교해서 나쁘고, 에칭 가스의 공급은 원래 다른 부분에 비교해서 충분하지 않기 때문에, 코너부에서는 건식 에칭량이 적어져 도 2g의 123과 같이 제3 중간 경사면이 생기기 쉬워진다. 건식 에칭 조건에 의해서는, 도 2h의 124와 같이 곡선형상의 제3 중간 경사면을 생기게 할 수도 있다. 그리고 본 실시예에서는 에칭 가스 농도를 낮추어 이러한 상태를 발생하기 쉽게 한 것이다. 또한, 본 실시예에서는 하부 전극의 바이어스 파워를 낮춤으로써, 에칭에 기여하는 이온을 기판 방향에 밀어 넣는 포텐셜을 저하시키고 있다. 이에 따라, 코너부에서의 에칭 부족이 조장되고, 도 2g의 123과 같은 제3 경사 중간측 벽면이 발생한다고 생각된다. 한편, 건식 에칭에 기여하는 이온의 직진성이 낮아지고 있기 때문에, 압력을 낮추어 그 점을 보완하고 있다. At the corner of the ridge bottom formed by etching, the flow of gas is worse than that of other parts, and the supply of etching gas is not sufficient compared with other parts, so the amount of dry etching is reduced at the corners, as shown by 123 in FIG. A third intermediate inclined surface is likely to occur. Under the dry etching conditions, a curved third intermediate inclined surface may be formed as shown at 124 of FIG. 2H. In this embodiment, the etching gas concentration is lowered to easily generate such a state. In addition, in this embodiment, by lowering the bias power of the lower electrode, the potential for pushing ions contributing to the etching into the substrate direction is reduced. Thereby, the lack of etching in a corner part is encouraged and it is thought that the 3rd inclined intermediate side wall surface like 123 of FIG. 2G arises. On the other hand, since the linearity of the ions contributing to the dry etching is lowered, the pressure is reduced to compensate for this.
다음에 도 2e의 (t-2)에 도시하는 바와 같이, 도 2e의 (t-1)에서 얻어진 중간체의 전면(리지 측면도 포함함)에 플라즈마 CVD법에 의해 300㎚의 두께의 SiO2막(128)을 성장시켰다. Next, as shown in FIG. 2E (t-2), an SiO 2 film having a thickness of 300 nm is formed on the entire surface (including the ridge side surface) of the intermediate obtained in FIG. 2E (t-1) by plasma CVD. 128).
다음에 도 2e의 (t-7)에 도시하는 바와 같이, 리지 측면 이외의 영역의 SiO2막(128)을 건식 에칭에 의해 제거하고, Si02 측벽 보호층(130)을 형성하였다. Next, as shown in (t-7) of FIG. 2E, the SiO 2 film 128 in regions other than the ridge side surface was removed by dry etching to form a SiO 2 sidewall
여기서는, RIE법을 이용하여 건식 에칭을 행하였다. 에칭 가스로서 CF4와 CHF3와 O2의 혼합 가스를 이용하여, 건식 에칭 조건으로서, 혼합 가스 중의 CF4 및 CHF3의 체적 함유율은 각각 5% 및 40%, 압력은 50Pa로 하였다. Here, dry etching was performed using the RIE method. By using a mixed gas of CF 4 , CHF 3 and O 2 as the etching gas, as dry etching conditions, the volume content of CF 4 and CHF 3 in the mixed gas was 5% and 40%, and the pressure was 50 Pa, respectively.
다음에, 플루오르산계 약액을 이용하여 리지 측벽 이외의 영역의 Si02막(128) 잔사 제거를 목적으로 기판의 표면 처리를 행하였다. Next, the substrate was subjected to surface treatment using a fluoric acid chemical to remove the residues of the SiO 2 film 128 in regions other than the ridge sidewalls.
다음에, 타르타르산과 염산의 혼합 약액을 이용하여, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)을 p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)에 도달할 때까지 에칭하였다. 여기서, p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)은 상기 염산계 약액에 내성이 있기 때문에 이 층의 노출에 의해 기판 표면에 대하여 수직 방향의 에칭이 정지하였다. 에칭 영역에서의 간섭무늬의 육안에 의해, 기판 표면에 수직인 방향의 에칭 정지를 확인하였다. Next, when the p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P
SiO2 측벽 보호층(130)은 염산계 약액에 큰 내성이 있기 때문에, 리지 측벽면에서 이 층이 형성된 영역은 에칭되지 않고, 리지 톱부(제1 리지 측벽면(121))에 사이드 에칭은 발생하지 않았다. Since the SiO 2
한편, 도 2e의 (t-7)에 도시하는 바와 같이, 리지 측벽면에서 SiO2 측벽 보호층(130)이 형성되어 있지 않은 영역은 등방적으로 에칭이 진행하였다. 한편, 기판 표면에 수직인 방향의 에칭은 p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)이 형성되어 있기 때문에, 그 표면이 나타나면, 그 이상 진행하지 않게 되지만, 이것을 전술한 에칭 영역에서의 간섭무늬의 육안에 의해 확인하고, 그 후 다시 그대로 계속하여, 리지 가장자리부에 거의 직선 형상의 경사면(제2 리지 측벽면(135))을 형성하기 때문에, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층을 에칭 대상의 소재로 한 경우에 기판 표면에 수직인 방향에 대하여 100㎚ 에칭되기에 동일한 시간의 습식 에칭을 속행한다(추가 에칭). 이와 같이 추가 에칭을 속행하더라도, p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)이 형성되어 있기 때문에, 기판 표면에 수직인 방향에 에칭은 진행하지 않았지만, 리지 가장자리부의 경사면(제2 리지 측벽면(135))은 리지의 스트라이프 방향에 수직 인 단면에 있어서, 거의 직선 형상의 경사면을 형성할 수 있었다. On the other hand, as shown in Fig. 2e of the (t-7), that does not have the SiO 2 side
다음에, 도 2e의 (t-8)에 도시하는 바와 같이, 플루오르산계 약액을 이용하여 시간 제어에 의해 SiO2 측벽 보호층(130)만을 제거하였다. 이 때, 제1 리지 측벽면(121)과 제2 리지 측벽면(135)의 경계는 한 쪽의 리지 측면에 있어서는 굴절부가 되고, 제1 리지 측벽면과 제2 리지 측벽면은 각도가 생겨 직접 이어져 형성되었다. 또한, 다른 한 쪽의 리지 측면에 있어서는, 제1 리지 측벽면과 제2 리지 측벽면의 사이에 직선 형상의 비스듬히 아래쪽에 연장되는 제3 경사 중간면(142)이 형성되고, 그 폭(p-p')은 0.06㎛ 이었다. Next, as shown in (t-8) of FIG. 2E, only the SiO 2 sidewall
다음에 도 2e의 (t-9)에 도시하는 바와 같이, MOCVD법에 의해, SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, 선택적으로 n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(138)을 (두께0.3㎛) 성장시켰다. 한편, Al0.5In0.5P 전류 블록층(138)을 성장시키기 전에 리지 측벽의 손상층을 제거하기 위해서, 황산 약액(97% 황산)으로 표면 처리를 행하였다. 이 때, 리지 측벽은 한 쪽에서 25㎚ 정도 에칭되었다. 계속해서, MOCVD법에 의해, SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, 선택적으로 n형 GaAs 캡층(139)(두께 0.17㎛)를 성장시켰다. Next, as shown in (t-9) of FIG. 2E, the n-type Al 0.5 In 0.5 P
다음에 도 2e의 (t-10)에 도시하는 바와 같이, 플루오르산계 약액을 이용하여 SiO2 스트라이프(114)를 제거한 후, 증착법에 의해 Ti/Pt/Au로 이루어지는 p측 전극(140)(두께 50/100/50㎚), AuGe/Ni/Au로 이루어지는 n측 전극(141)(두께 100/50/400㎚)을 형성하고, 리지 스트라이프형 반도체 레이저 웨이퍼를 완성시켰다. Next, as shown in (t-10) of FIG. 2E, after removing the SiO 2 stripe 114 using a fluoric acid chemical, the p-
얻어진 리지형 스트라이프는 높은 수직성·대칭성을 갖고, 리지 상단에 가까운 쪽의 리지 측면(제1 리지 측벽면(121))과 n형 GaAs 기판(102)표면이 이루는 각도는 90°가 되었다. 한편, 리지 하단에 가까운 쪽의 리지 측면(제2 리지 측벽면(135))과 n형 GaAs 기판(102) 표면이 이루는 각도는, 10°정도의 오프각을 갖는 n형 GaAs 기판(102)을 이용하고 있기 때문에, 리지 양측에서 다르고, 각각 40°(도 2e의 (t-8)에 있어서는, 도면의 좌측의 제2 리지 측벽면), 62°(도 2e의 (t-8)에 있어서는 도면의 우측의 제2 리지 측벽면)이 되었다. The obtained ridge stripe had high perpendicularity and symmetry, and the angle formed between the ridge side surface (first ridge sidewall surface 121) and the n-
얻어진 리지 스트라이프형 반도체 레이저 웨이퍼는, 리지 측면의 기판면에 대한 수직성과 리지 단면 형상의 좌우 대칭성이 우수하였다. 또한, 킹크 레벨은 이용한 측정 장치로 측정 가능한 최고값 300mW에 도달하고 있었기 때문에, 킹크 레벨은 25℃에서 300mW를 초과하고 있는 것이 확인되고, 뛰어난 성능을 발휘하는 리지 스트라이프형 반도체 레이저를 안정 형성할 수 있었다. The obtained ridge stripe semiconductor laser wafer was excellent in the perpendicularity to the substrate surface of the ridge side surface and the symmetry of the ridge cross-sectional shape. In addition, since the kink level reached the maximum value 300 mW measurable with the measuring device used, it was confirmed that the kink level exceeded 300 mW at 25 ° C, and it was possible to stably form a ridge stripe type semiconductor laser exhibiting excellent performance. there was.
한편, 전류 블록층(138)으로서 n형 Al0.5In0.5P 대신에 SiN 유전체막을 이용한 경우도 동일하게 하여 실시하였다. 이 경우, n형 GaAs 캡층(139)의 성장은 불필요하고, 그 밖의 조건은 동일하게 행한 바, 전류 블록층(138)으로서 n형 Al0.5In0.5P를 이용한 경우와 동등한 성능을 갖는 리지 스트라이프형 반도체 레이저를 안정 형성할 수 있었다. On the other hand, the SiN dielectric film was used instead of the n-type Al 0.5 In 0.5 P as the
또한, 본 실시예에서는, 건식 에칭에 의해 형성된 리지 측면과 습식 에칭에 의해 형성된 리지 측면의 경계(도 2e(t-8) 참조)는, 한 쪽의 리지 측면에 있어서는 굴절부가 되고, 제1 리지 측벽면과 제2 리지 측벽면은 각도가 생겨 직접 이어져 형성되었다. 또한, 다른 한 쪽의 리지 측면에 있어서는, 제1 리지 측벽면과 제2 리지 측벽면의 사이에 제3 경사 중간면(142)이 형성되고, 그 경사 중간면(142)의 각도는 42°이고, 치수 (p-p')는 0.06㎛가 되며, 경사 중간면을 갖는 것에 의한 굴절율 변화의 영향이 작은 리지를 형성할 수 있었다. 이러한 양태가 된 것은, 도 2b의 (l)에서 설명한 것과 같은, 경사시킨 오프각을 갖는 반도체 기판을 이용한 경우로서, 상기 습식 에칭의 공정에서 리지 양측에서 각각 발생하는 사이드 에칭 중, 사이드 에칭되는 양이 큰 쪽(도 2e의 (t-7), (t-8))에 있어서는, 도면의 좌측의 제2 리지 측벽면)의 사이드 에칭량이 측벽 보호층의 두께와 동일한 경우이고, 사이드 에칭되는 양이 작은 쪽(도 2e의 (t-7), (t-8))에 있어서는, 도면의 우측의 제2 리지 측벽면)의 사이드 에칭량이 측벽 보호층의 두께보다 작은 경우이며, (기판 표면과 평행한 방향에서의 제3 건식 에칭 후 측벽면 치수)≥(측벽 보호층 두께)-(사이드 에칭량)에 해당했기 때문이다. In the present embodiment, the boundary between the ridge side formed by dry etching and the ridge side formed by wet etching (see FIG. 2E (t-8)) is a refractive portion in one ridge side, and the first ridge The side wall surface and the second ridge side wall surface were formed at an angle and directly connected to each other. On the other ridge side, a third inclined
실시예 3 Example 3
계속해서, 상기 실시형태 1에서 이용한 도 2a의 (a)∼(b), 그것에 계속되는 공정의, 상기 실시형태 2에서 이용한 도 2f의 (u-1)∼(u-2) 및 (u-6)∼(u-9)를 참조하여, 본 발명의 이해를 보다 한층 쉽게 하기 위해서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에만 한정되는 것이 아니고, 모 든 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치에서 적용이 가능하다. Subsequently, (u) to (u-1) to (u-2) and (u-6) of FIG. 2F used in the second embodiment of the processes subsequent to (a) to (b) of FIG. 2A used in the first embodiment. In order to further understand the present invention with reference to)-(u-9), the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples, and all ridge stripes are provided. Applicable in the type semiconductor laser device.
우선, 도 2a의 (a)에 도시하는 바와 같이, n형 GaAs 기판(102)(두께 450㎛) 상에, MOCVD법에 의해 n형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 클래드층(103)(두께 2㎛), Ga0.5In0.5P 활성층(104)(두께 5㎚), p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제1 클래드층(105)(두께 0.2㎛), p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)(두께 10㎚), p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)(두께 1.2㎛), p형 Ga0.5In0.5P 중간층(109)(두께 50㎚), 및 p형 GaAs 콘택트층(110)(두께 0.2㎛)을 순차 형성하였다. 다음에, p형 GaAs 콘택트층(110) 상에 SiO2막(113)(두께 0.6㎛)을 상압 CVD법에 의해 형성하였다. First, as shown in FIG. 2A (a), the n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P clad
한편, 이용하고 있는 n형 GaAs 기판(102)은 기판 방위가 (100)면에서 [011]방향으로 10°경사한 오프각을 갖는 경사 기판이다. On the other hand, the n-
다음에, 도 2a의 (b)에 도시하는 바와 같이, 포토리소그라피 기술과 건식 에칭 기술에 의해 Si02 스트라이프(114)(폭 2㎛)를 형성하였다. Next, as shown in Fig. 2A (b), a SiO 2 stripe 114 (
다음에 도 2f의 (u-1)에 도시하는 바와 같이, SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108), p형 Ga0.5In0.5P 중간층(109), 및 p형 GaAs 콘택트층(110)을 p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)의 위 200㎚의 위치까지 건식 에칭하였다. 여기에서는, 시간 제어로써 건식 에칭을 정지하였다. Next, as shown in (u-1) of FIG. 2F, the p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P
건식 에칭으로서는 ICP법을 이용하였다. 또한, 에칭 가스로서 SiCl4와 Ar의 혼합 가스를 이용하였다. 건식 에칭 조건으로서, 혼합 가스 중의 SiCl4 함유율은 약 6체적%, 챔버 내 압력은 약 0.25Pa, 하부 전극 온도는 약 150℃, 하부 전극의 바이어스 파워는 120W, ICP 파워는 250W로 하였다. 그 결과, 도 2h에 도시하는 바와 같이, 제1 리지 측벽면(121)과 건식 에칭 후 바닥면(122)의 사이에, 리지 내측방향에 돌출된 곡선형상의 제3 건식 에칭 후 측벽면(124)이 형성되었다. As a dry etching, the ICP method was used. In addition, a mixed gas of SiCl 4 and Ar was used as the etching gas. As dry etching conditions, the SiCl 4 content in the mixed gas was about 6% by volume, the pressure in the chamber was about 0.25 Pa, the lower electrode temperature was about 150 ° C, the bias power of the lower electrode was 120W, and the ICP power was 250W. As a result, as shown in FIG. 2H, between the first
다음에 도 2f의 (u-2)에 도시하는 바와 같이, 도 2f의 (u-1)에서 얻어진 중간체의 전면(리지 측면도 포함함)에 플라즈마 CVD법에 의해, 300㎚의 두께의 SiO2막(129)을 성장시켰다. Next, as shown in Fig. 2F (u-2), an SiO 2 film having a thickness of 300 nm is formed on the entire surface (including the ridge side surface) of the intermediate obtained in Fig. 2F (u-1) by plasma CVD. (129) was grown.
다음에 도 2f의 (u-6)에 도시하는 바와 같이, 리지 측면 이외의 영역의 SiO2막(129)을 건식 에칭에 의해 제거하고, SiO2 측벽 보호층(131)을 형성하였다. Next, as shown in (u-6) of FIG. 2F, the SiO 2 film 129 in the regions other than the ridge side surface was removed by dry etching, and the SiO 2 sidewall
여기서는, RIE법을 이용하여 건식 에칭을 행하였다. 또한, 에칭 가스로서 CF4와 CHF3과 O2의 혼합 가스를 이용하여, 건식 에칭 조건으로서 혼합 가스 중의 CF4 및 CHF3의 체적 함유율은 각각 5% 및 40%, 압력은 50Pa, 스테이지 온도는 15℃로 하였다. Here, dry etching was performed using the RIE method. In addition, using a mixed gas of CF 4 , CHF 3 and O 2 as the etching gas, the volume content of CF 4 and CHF 3 in the mixed gas was 5% and 40%, the pressure was 50 Pa, respectively, and the stage temperature was the dry etching condition. It was 15 degreeC.
다음에, 플루오르산계 약액을 이용하여 리지 측벽 이외의 영역의 SiO2막(129) 잔사 제거를 목적으로 기판의 표면 처리를 행하였다. Next, the substrate was subjected to surface treatment using a fluoric acid chemical to remove residues of the SiO 2 film 129 in regions other than the ridge sidewalls.
다음에, 도 2f의 (u-7)에 도시하는 바와 같이, 타르타르산과 염산과 물의 혼합 약액을 이용하여 p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)을 p형 Ga0.5In0.5P 에 칭 스톱층(106)에 도달할 때까지 에칭하였다. 여기서, p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)은 상기 염산계 약액에 내성이 있기 때문에, 이 층의 노출에 의해 기판 표면에 대하여 수직 방향의 에칭이 정지하였다. 에칭 영역에서의 간섭무늬의 육안에 의해, 기판 표면에 수직인 방향의 에칭 정지를 확인하였다. 약액 중의 타르타르산과 염산의 체적 함유율은 각각 40% 및 30%로 하였다. Next, as shown in (u-7) of FIG. 2F, the p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P second clad
SiO2 측벽 보호층(131)은 염산계 약액에 큰 내성이 있기 때문에, 리지 측벽면에서 이 층이 형성된 영역은 에칭되지 않고, 리지 톱부(제1 리지 측벽면(121))에 사이드 에칭은 발생하지 않았다. Since the SiO 2 sidewall
한편, 리지 측벽면에서 SiO2 측벽 보호층(131)이 형성되어 있지 않은 영역은 등방적으로 에칭이 진행하였다. 한편, 기판 표면에 수직인 방향의 에칭은 p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)이 형성되어 있기 때문에, 그 표면이 나타나면, 그 이상 진행하지 않게 되지만, 이것을 전술한 에칭 영역에서의 간섭무늬의 육안에 의해 확인하고, 그 후 다시 그대로 계속하여, 리지 가장자리부에 거의 직선 형상의 경사면(제2 리지 측벽면(135))을 형성하기 때문에, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층을 에칭 대상의 소재로 한 경우에 기판 표면에 수직인 방향에 대하여 100㎚ 에칭되기에 동일한 시간의 습식 에칭을 속행하였다(추가 에칭)(도 2j 참조). 이와 같이 추가 에칭을 속행하더라도, p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)이 형성되어 있기 때문에, 기판 표면에 수직인 방향으로 에칭은 진행하지 않았지만, 리지 가장자리부의 경사 면(제2 리지 측벽면(135))은 리지의 스트라이프 방향에 수직인 단면에 있어서, 제2 리지 측벽면(135)의 대부분이 직선이 되고, 거의 직선 형상의 경사면을 형성할 수 있었다. 또한, 제1 리지 측벽면(121)과 제2 리지 측벽면(135)의 경계는, 한 쪽의 리지 측면에 있어서는 굴절부가 되고, 제1 리지 측벽면과 제2 리지 측벽면은 각도가 생겨 직접 이어져 형성되었다. 또한, 다른 한 쪽의 리지 측면에 있어서는, 제1 리지 측벽면과 제2 리지 측벽면 사이에 곡선형상의 제3 경사 중간면(143)이 형성되었다. On the other hand, etching was performed isotropically in the region where the SiO 2 sidewall
다음에, 도 2f의 (u-7)에 도시하는 바와 같이, 플루오르산계 약액을 이용하여 시간 제어에 의해 SiO2 측벽 보호층(131)만을 제거하였다. Next, as shown in (u-7) of FIG. 2F, only the SiO 2 sidewall
다음에 도 2f의 (u-8)에 도시하는 바와 같이, MOCVD법에 의해, SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여 선택적으로 n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(138)을(두께 0.3㎛) 성장시켰다. 또한, n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(138)을 성장시키기 전에 리지 측벽의 손상층을 제거하기 위해서, 황산 약액(97% 황산)으로 표면 처리를 행하였다. 이 때, 리지 측벽은 한 쪽에서 25㎚ 정도 에칭되었다. 계속해서, MOCVD법에 의해, SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, 선택적으로 n형 GaAs 캡층(139)(두께 0.17㎛)를 성장시켰다. Next, as shown in Fig. 2F, (u-8), an n-type Al 0.5 In 0.5 P
다음에 도 2f의 (u-9)에 도시하는 바와 같이, 플루오르산계 약액을 이용하여 SiO2 스트라이프(114)를 제거한 후, 증착법에 의해 Ti/Pt/Au로 이루어지는 p측 전극 (140)(두께 50/100/50㎚), AuGe/Ni/Au로 이루어지는 n측 전극(141)(두께 100/50/400㎚)을 형성하고, 리지 스트라이프형 반도체 레이저 웨이퍼를 완성시켰다. Next, as shown in Fig. 2F (u-9), after removing the SiO 2 stripe 114 using a fluoric acid chemical, the p-side electrode 140 (thickness) made of Ti / Pt / Au by evaporation method (thickness). An n-side electrode 141 (thickness 100/50/400 nm) made of 50/100/50 nm) and AuGe / Ni / Au was formed to complete a ridge stripe type semiconductor laser wafer.
얻어진 리지형 스트라이프는 높은 수직성·대칭성을 갖고, 리지 상단에 가까운 쪽의 리지 측면(제1 리지 측벽면(121))과 n형 GaAs 기판(102) 표면이 이루는 각도는 87°가 되었다. 한편, 리지 하단에 가까운 쪽의 리지 측면(제2 리지 측벽면(135))과 n형 GaAs 기판(102) 표면이 이루는 각도는 10°정도의 오프각을 갖는 n형 GaAs 기판(102)을 이용하고 있기 때문에, 리지 양측에서 상이하고, 각각 40°(도 2f의 (u-6), (u-7)에 있어서는 도면의 좌측의 제2 리지 측벽면), 62°(도 2f의 (u-6), (u-7)에 있어서는, 도면의 우측의 제2 리지 측벽면)이 되었다. The obtained ridge stripe had high perpendicularity and symmetry, and the angle formed between the ridge side surface (first ridge sidewall surface 121) close to the ridge top and the surface of the n-
얻어진 리지 스트라이프형 반도체 레이저 웨이퍼는, 리지 측면의 기판면에 대한 수직성과 리지 단면 형상의 좌우 대칭성이 우수하였다. 또한, 킹크 레벨은 이용한 측정 장치로 측정 가능한 최고값 300mW에 도달하고 있었기 때문에, 킹크 레벨은 25℃에서 300mW를 초과하고 있는 것이 확인되고, 뛰어난 성능을 발휘하는 리지 스트라이프형 반도체 레이저를 안정 형성할 수 있었다. The obtained ridge stripe semiconductor laser wafer was excellent in the perpendicularity to the substrate surface of the ridge side surface and the symmetry of the ridge cross-sectional shape. In addition, since the kink level reached the maximum value 300 mW measurable with the measuring device used, it was confirmed that the kink level exceeded 300 mW at 25 ° C, and it was possible to stably form a ridge stripe type semiconductor laser exhibiting excellent performance. there was.
한편, 전류 블록층(138)으로서 n형 Al0.5In0.5P 대신에 SiN 유전체막을 이용한 경우도 동일하게 하여 실시하였다. 이 경우, n형 GaAs 캡층(139)의 성장은 불필요하고, 그 밖의 조건은 동일하게 행한 바, 전류 블록층(138)으로서 n형 Al0.5In0.5P를 이용한 경우와 동등한 성능을 갖는 리지 스트라이프형 반도체 레이저를 안정 형성 할 수 있었다. On the other hand, the SiN dielectric film was used instead of the n-type Al 0.5 In 0.5 P as the
또한, 본 실시예 3에서는, 건식 에칭에 의해 형성된 리지 측면과 습식 에칭에 의해 형성된 리지 측면의 경계는, 한 쪽의 리지 측면에 있어서는 굴절부가 되고, 제1 리지 측벽면과 제2 리지 측벽면은 각도가 생겨 직접 이어져 형성되었다. 또한, 다른 한쪽의 리지 측면에 있어서는 제1 리지 측벽면과 제2 리지 측벽면 사이에, 제3 경사 중간면이 형성되고, 그 경사 중간면(143)의 각도는 45°이고, 리지 가장자리부에 있어서 굴절율 변화가 작은 리지를 형성할 수 있었다. 한편, 본 실시예 3에서는, 경사 중간면(143)은 곡선형상이고, 경사 중간면(143)의 각도는 여기서는 제2 리지 측벽면(135)과 경사 중간면(143)의 접속점에서의 경사 중간면(143)의 접선과 반도체 기판 표면과의 각도이다. 이러한 양태가 된 것은, 도 2b의 (l)에서 설명한 바와 같은, 경사시킨 오프각을 갖는 반도체 기판을 이용한 경우로서, 상기 습식 에칭의 공정에서 리지 양측에서 각각 발생하는 사이드 에칭 중, 사이드 에칭되는 양이 큰 쪽(도 2f의 (u-6), (u-7)에 있어서는, 도면의 좌측의 제2 리지 측벽면)의 사이드 에칭량이 측벽 보호층의 두께와 동일한 경우에서, 사이드 에칭되는 양이 작은 쪽(도 2f의 (u-6), (u-7)에 있어서는, 도면의 우측의 제2 리지 측벽면)의 사이드 에칭량이 측벽 보호층의 두께보다 작은 경우에서, (기판 표면과 평행한 방향에서의 제2 건식 에칭 후 측벽면 치수)≥(측벽 보호층 두께)-(사이드 에칭량)에 해당하였기 때문이다. In addition, in the third embodiment, the boundary between the ridge side formed by dry etching and the ridge side formed by wet etching is a refractive portion at one ridge side, and the first ridge side wall surface and the second ridge side wall surface are An angle was formed and formed in direct succession. Further, on the other ridge side surface, a third inclined intermediate surface is formed between the first ridge side wall surface and the second ridge side wall surface, and the angle of the inclined
실시예 4 Example 4
계속해서, 상기 실시형태 1에서 이용한 도 2a의 (a)∼(e), 그것에 계속되는 공정의 상기 실시형태 3에서 이용한 도 2k의 (w-1)∼(w-6) 및 (x)를 참조하여, 본 발명의 이해를 보다 한층 쉽게 하기 위해서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에만 한정되는 것이 아니고, 모든 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치에서 적용이 가능하다. Subsequently, refer to (a) to (e) of FIG. 2A used in the first embodiment, and (w-1) to (w-6) and (x) of FIG. 2K used in the third embodiment of the process subsequent thereto. In order to further understand the present invention, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the present invention is not limited only to the following Examples and can be applied to all ridge stripe type semiconductor laser devices.
우선 도 2a의 (a)에 도시하는 바와 같이, n형 GaAs 기판(102)(두께 450㎛) 상에, MOCVD법에 의해, n형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 클래드층(103)(두께 2㎛), Ga0.5In0.5P 활성층(104)(두께 5㎚), p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제1 클래드층(105)(두께 0.2㎛), p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)(두께 10㎚), p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)(두께 1.2㎛), p형 Ga0.5In0.5P 중간층(109)(두께 50㎚), 및 p형 GaAs 콘택트층(110)(두께 0.2㎛)를 순차 형성하였다. 다음에, p형 GaAs 콘택트층(110) 상에 SiO2막(113)(두께 0.6㎛)를 상압 CVD법에 의해 형성하였다. First, as shown in Fig. 2A (a), the n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P clad
한편, 이용하고 있는 n형 GaAs 기판(102)은 기판 방향이 (100)면에서 [011]방향으로 10°경사한 오프각을 갖는 경사 기판이다. On the other hand, the n-
다음에, 도 2a의 (b)에 도시하는 바와 같이, 포토리소그라피 기술과 건식 에칭 기술에 의해, Si02 스트라이프(114)(폭 2㎛)를 형성하였다. Next, as shown in Fig. 2A (b), a SiO 2 stripe 114 (width 2 m) was formed by photolithography and dry etching.
다음에 도 2a의 (c)에 도시하는 바와 같이, SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108), p형 Ga0.5In0.5P 중간층(109), 및 p형 GaAs 콘택트층(110)을, p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)의 위 300㎚의 위치까지 건식 에칭하였다. 여기서는, 시간 제어로 건식 에칭을 정지하였다. Next, as shown in (c) of FIG. 2A, the p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P
건식 에칭으로서는 ICP법을 이용하였다. 또한, 에칭 가스로서 SiCl4와 Ar의 혼합 가스를 이용하였다. 건식 에칭 조건으로서 혼합 가스 중의 SiCl4 함유율은 약11체적%, 챔버 내 압력은 약 0.7Pa, 하부 전극 온도는 약 190℃, 하부 전극의 바이어스 파워는 120W, ICP 파워는 200W로 하였다. As a dry etching, the ICP method was used. In addition, a mixed gas of SiCl 4 and Ar was used as the etching gas. As dry etching conditions, the SiCl 4 content in the mixed gas was about 11% by volume, the pressure in the chamber was about 0.7 Pa, the lower electrode temperature was about 190 ° C, the bias power of the lower electrode was 120W, and the ICP power was 200W.
다음에 도 2a의 (d)에 도시하는 바와 같이, 도 2a의 (c)에서 얻어진 중간체의 전면(리지 측면도 포함함)에 플라즈마 CVD법에 의해, 300㎚의 두께의 SiO2막(115)을 성장시켰다. Next, as shown in Fig. 2A (d), an SiO 2 film 115 having a thickness of 300 nm is formed on the entire surface (including the ridge side surface) of the intermediate obtained in Fig. 2A (c) by plasma CVD. Grown.
다음에 도 2a의 (e)에 도시하는 바와 같이, 리지 측면 이외의 영역의 SiO2막(115)을 건식 에칭에 의해 제거하고, SiO2 측벽 보호층(116α 및 116β)(도 2k (w-1) 참조)을 형성하였다. Next, as shown in Fig. 2A (e), the SiO 2 film 115 in regions other than the ridge side surface is removed by dry etching, and the SiO 2 sidewall protective layers 116α and 116β (Fig. 2K (w-)). 1)).
여기서는, RIE법을 이용하여 건식 에칭을 행하였다. 또한, 에칭 가스로서 CF4와 CHF3와 O2의 혼합 가스를 이용하여 건식 에칭 조건으로서, 혼합 가스 중의 CF4 및 CHF3의 체적 함유율은 각각 5% 및 40%, 압력은 50Pa, 스테이지 온도는 15℃로 하였다. Here, dry etching was performed using the RIE method. In addition, as dry etching conditions using a mixed gas of CF 4 , CHF 3 and O 2 as the etching gas, the volume content of CF 4 and CHF 3 in the mixed gas was 5% and 40%, the pressure was 50 Pa, respectively, and the stage temperature was It was 15 degreeC.
다음에, 플루오르산계 약액을 이용하여, 리지 측벽 이외의 영역의 SiO2 막 (115) 잔사 제거를 목적으로 기판의 표면 처리를 행하였다. 이 때, SiO2 측벽 보호층(116α 및 116β)도 플루오르산계 약액에 에칭되고, SiO2 측벽 보호층(116α 및 116β)의 두께는 0.12㎛이 되었다. Next, fluorine-based, using a chemical liquid, is subjected to surface treatment of the substrate for the purpose of removing regions of the SiO 2 film 115 residues other than the side wall ridges. At this time, the SiO 2 sidewall protective layers 116α and 116β were also etched in the fluoric acid chemical, and the thicknesses of the SiO 2 sidewall protective layers 116α and 116β were 0.12 μm.
다음에 도 2k의 (w-1)에 도시하는 바와 같이, 포토리소그라피 기술에 의해 레지스트 패턴(145)을 형성하였다. Next, as shown in FIG. 2K (w-1), a resist
다음에 도 2k의 (w-2)에 도시하는 바와 같이, 플루오르산계 약액을 이용하여 SiO2 측벽 보호층(116β)을 에칭하여, 두께가 0.07㎛인 SiO2 측벽 보호층(116γ)을 형성한 후, 레지스트 패턴(145)을 제거하였다. Next diagram form an SiO 2 side wall protection layer (116γ), the 0.07㎛ thickness, by etching the fluorine SiO 2 using a chemical solution-based sidewall protection layer (116β) as shown in (w-2) of 2k After that, the resist
다음에, 도 2k의 (w-3)에 도시하는 바와 같이, 타르타르산과 염산과 물의 혼합 약액을 이용하여 p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층(108)을 p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)에 도달할 때까지 에칭하였다. 여기서, p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)은 상기 염산계 약액에 내성이 있기 때문에, 이 층의 노출에 의해 기판 표면에 대하여 수직 방향의 에칭이 정지하였다. 에칭 영역에서의 간섭무늬의 육안에 의해, 기판 표면에 수직인 방향의 에칭 정지를 확인하였다. 약액 중의 타르타르산과 염산의 체적 함유율은 각각 40% 및 30%로 하였다. Next, as shown in (w-3) of FIG. 2K, p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P second clad
SiO2 측벽 보호층(116α 및 γ)은 염산계 약액에 큰 내성이 있기 때문에, 리지 측벽면에서 이 층이 형성된 영역은 에칭되지 않고, 리지 톱부(제1 리지 측벽면(146))에 사이드 에칭은 발생하지 않았다. Since the SiO 2 sidewall protective layers 116α and γ are highly resistant to hydrochloric acid-based chemicals, the regions where these layers are formed on the ridge sidewall surfaces are not etched, but are side etched on the ridge top portion (first ridge sidewall surface 146). Did not occur.
한편, 리지 측벽면에서 SiO2 측벽 보호층(116α 및 116γ)이 형성되어 있지 않은 영역은 등방적으로 에칭이 진행하였다. 또한, 기판 표면에 수직인 방향의 에칭은 p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)이 형성되어 있기 때문에, 그 표면이 나타나면그 이상 진행하지 않게 되지만, 이것을 전술한 에칭 영역에서의 간섭무늬의 육안에 의해 확인하고, 그 후 다시 그대로 계속하여, 리지 가장자리부에 거의 직선 형상의 경사면(제2 리지 측벽면(147))을 형성하기 때문에, p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P 제2 클래드층을 에칭 대상의 소재로 한 경우에 기판 표면에 수직인 방향에 대하여 200㎚ 에칭되기에 동일한 시간의 습식 에칭을 속행하였다(추가 에칭). 이와 같이 추가 에칭을 속행해도 p형 Ga0.5In0.5P 에칭 스톱층(106)이 형성되어 있기 때문에, 기판 표면에 수직인 방향에 에칭은 진행하지 않았지만, 리지 가장자리부의 경사면(제2 리지 측벽면(147))은 리지의 스트라이프 방향에 수직인 단면에 있어서, 제2 리지 측벽면(147)의 상측 대부분이 직선이 되고, 거의 직선 형상의 경사면을 형성할 수 있었다.On the other hand, in the region where the SiO 2 sidewall protective layers 116α and 116γ are not formed on the ridge sidewall surface, etching proceeds isotropically. Further, since the p-type Ga 0.5 In 0.5 P
다음에, 도 2k의 (w-4)에 도시하는 바와 같이, 플루오르산계 약액을 이용하여 시간 제어에 의해 SiO2 측벽 보호층(116α 및 116γ)만을 제거하였다. Next, as shown in FIG. 2K (w-4), only the SiO 2 sidewall protective layers 116α and 116γ were removed by time control using a fluoric acid chemical.
다음에 도 2k의 (w-5)에 도시하는 바와 같이, MOCVD법에 의해 SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, 선택적으로 n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(148)을(두께 0.3㎛) 성장시켰다. 또한, n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(148)을 성장시키기 전에 리지 측벽의 손상층을 제거하기 위해서, 황산 약액으로 표면 처리를 행하였다. 이 때, 리지 측벽은 한 쪽에서 25㎚ 정도 에칭되었다. 계속해서, MOCVD법에 의해 SiO2 스트라이프(114)를 마스크로 하여, 선택적으로 n형 GaAs 캡층(149)(두께 O.17㎛)을 성장시켰다. Next, as shown in Fig. 2K (w-5), the n-type Al 0.5 In 0.5 P
다음에 도 2k의 (w-6)에 도시하는 바와 같이, 플루오르산계 약액을 이용하여 SiO2 스트라이프(114)를 제거한 후, 증착법에 의해 Ti/Pt/Au로 이루어지는 p측 전극(150)(두께 50/100/50㎚), AuGe/Ni/Au로 이루어지는 n측 전극(151)(두께 100/50/400㎚)을 형성하고, 리지 스트라이프형 반도체 레이저 웨이퍼를 완성시켰다. Next, as shown in (w-6) of FIG. 2K, after removing the SiO 2 stripe 114 using a fluoric acid chemical, the p-
얻어진 리지형 스트라이프는 높은 수직성·대칭성을 갖고, 리지 상단에 가까운 쪽의 리지 측면(제1 리지 측벽면(146))과 n형 GaAs 기판(102) 표면이 이루는 각도는 90°가 되었다. 한편, 리지 하단에 가까운 쪽의 리지 측면(제2 리지 측벽면(147))과 n형 GaAs 기판(102) 표면이 이루는 각도는, 10°의 오프각을 갖는 n형 GaAs 기판(102)을 이용하고 있기 때문에, 리지 양측에서 다르고 각각 40°, 62°이 되었다. The obtained ridge stripe had high verticality and symmetry, and the angle formed between the ridge side surface (first ridge sidewall surface 146) close to the ridge upper end and the surface of the n-
또한, 본 실시예에서 형성된 리지 상부에 p형 Ga0.5In0.5P 중간층(109) 및 p형 GaAs 콘택트층(110)이 돌출한 차양형상의 오버행은 형성되지 않았다. 그 때문에, n형 Al0.5In0.5P 전류 블록층(148) 성장 시에 공동이 발생하는 일은 없었다. In addition, an overhang in the sunshade where the p-type Ga 0.5 In 0.5 P
얻어진 리지 스트라이프형 반도체 레이저 웨이퍼는, 리지 측면의 기판면에 대한 수직성과 리지 단면 형상의 좌우 대칭성이 우수하였다. 또한, 킹크 레벨은 이용한 측정 장치로 측정 가능한 최고값 300mW에 도달하고 있었기 때문에, 킹크 레벨은 25℃에서 300mW를 초과하여 있는 것이 확인되고, 뛰어난 성능을 발휘하는 리지 스트라이프형 반도체 레이저를 안정 형성할 수 있었다. The obtained ridge stripe semiconductor laser wafer was excellent in the perpendicularity to the substrate surface of the ridge side surface and the symmetry of the ridge cross-sectional shape. In addition, since the kink level reached the maximum value 300 mW measurable with the measuring device used, it was confirmed that the kink level exceeded 300 mW at 25 ° C, and it was possible to stably form a ridge stripe type semiconductor laser exhibiting excellent performance. there was.
한편, 전류 블록층(148)으로서 n형 Al0.5In0.5P 대신에 SiN 유전체막을 이용한 경우도 동일하게 하여 실시하였다. 이 경우, n형 GaAs 캡층(149)의 성장은 불필요하고, 그 밖의 조건은 동일하게 행한 바, 전류 블록층(148)으로서 n형 Al0.5In0.5P를 이용한 경우와 동등한 성능을 갖는 리지 스트라이프형 반도체 레이저를 안정 형성할 수 있었다. On the other hand, the SiN dielectric film was used instead of the n-type Al 0.5 In 0.5 P as the
또한, 본 실시예 4에서는, 리지 양측에서, (측벽 보호층 두께)=(사이드 에칭량)이 되도록, 측벽 보호층(116α 및 116γ)의 두께를 조정하고 있다. 따라서, 건식 에칭에 의해 형성된 리지 측면과 습식 에칭에 의해 형성된 리지 측면의 경계는, 리지 측면에 있어서는 굴절부가 되고, 제1 리지 측벽면과 제2 리지 측벽면은 각도가 생겨 직접 이어져 형성되었다. 이러한 양태가 된 것은 전술한 바와 같이, 경사시킨 오프각을 갖는 반도체 기판을 이용한 경우에, 상기 습식 에칭의 공정에서, 리지 양측에서 각각 사이드 에칭량이 측벽 보호층의 두께와 동일한 경우에 해당하였기 때문이다. In addition, in the fourth embodiment, the thicknesses of the sidewall protective layers 116α and 116γ are adjusted so that (side wall protective layer thickness) = (side etching amount) on both sides of the ridge. Therefore, the boundary between the ridge side formed by the dry etching and the ridge side formed by the wet etching is a refractive portion in the ridge side, and the first ridge side wall surface and the second ridge side wall surface are formed in direct angle at an angle. This is because, as described above, when the semiconductor substrate having the inclined off angle is used, the side etching amounts correspond to the thicknesses of the sidewall protective layers on both sides of the ridge in the wet etching process. .
이상과 같이, 본 발명에 의하면 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치에 있 어서, 레이저 광의 수평 방사각의 균일화, 미분 양자 효율의 향상, 킹크 레벨 향상 등의 소자 특성의 개선을 도모할 수 있다. 또한, 웨이퍼 면 내 및 웨이퍼 사이에서, 균일성 좋게 리지형 스트라이프를 형성할 수 있고, 수율의 향상이 가능해진다. 따라서 리지 스트라이프형 반도체 레이저 장치에 효율적으로 이용할 수 있다. 이들의 반도체 레이저 장치는 재기록이 가능한 광디스크 등으로의 적용이 가능하다.As described above, according to the present invention, it is possible to improve device characteristics such as uniform horizontal radiation angle of laser light, improvement of differential quantum efficiency, and improvement of kink level in a ridge stripe type semiconductor laser device. In addition, ridge stripe can be formed uniformly in the wafer plane and between the wafers, and the yield can be improved. Therefore, it can use efficiently for a ridge stripe type semiconductor laser device. These semiconductor laser devices can be applied to an optical disk or the like which can be rewritten.
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