JPH0330490A - 集積型光学的デバイスの製造方法 - Google Patents

集積型光学的デバイスの製造方法

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JPH0330490A
JPH0330490A JP2155574A JP15557490A JPH0330490A JP H0330490 A JPH0330490 A JP H0330490A JP 2155574 A JP2155574 A JP 2155574A JP 15557490 A JP15557490 A JP 15557490A JP H0330490 A JPH0330490 A JP H0330490A
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mirror
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、平坦でないストライプ導波路を持つ集積型光
学構造体のエツチング鏡面の平坦性を改良する方法に関
するものである。本発明は具体的には、山脈型(リッジ
: ridge )半導体1ノーザ又は溝型(グループ
: 8roove )半導体レーザのような活性導波路
及び不活性導波路を持つデバイス、さらに集積型光学変
調器及び集積型光学切換器のエツチング鏡面(ctch
ed m1rror facet)の平坦性を改良する
方法に関するものである。
[従来の技術] 平坦でないストライプ導波路構造を持つ集積型光学デバ
イスは、半導体技術分野だけでなく広範囲の情報を扱う
システムにおいても適用されてきた。なぜなら、小型で
あり、関連する電子回路機構の技術と互換性があるから
である。
今日使用されている最も重要なストライプ導波路構造体
の1つに、半導体ダイオードレーザがある。これは特に
データ通信、光メモリ及びレーザ印刷システムの分野で
の応用に適する。性能をさらに改善するために、オプト
エレクトロニクス集積回路の集積化のスケールを増やす
努力がなされている。即ち、半導体レーザの少なくとも
一つの襞間鏡面を、エツチング鏡面で置き換えることが
要求される。もし良質のエツチング鏡面が製造できるな
らば、モニターダイオード及び電気回路の集積化が実現
されるばかりでなく、ウェーハレベルにおける鏡面コー
ティング及び鏡面試験のようなプロセスも実施可能とな
る。このことは、処理工程の削減、小止りの向上並びに
製造及び試験コストの減少に寄与する。
集積化及び製造の改善に加えて、エツチング鏡面は、非
常に短い共振レーザ、溝型結合共振Iフープ、ビーム偏
向器及び面発光体の実現を可能にする。また、湾曲しか
つ傾斜した鏡面を有する新型のレーザ及び導波路構造体
は、エツチング技術を用いて製造できる。
高性能の応用に適するとして選択されてきたレーザ構造
体の1つに、いわゆるリッジGRINSCH(クレーデ
ッド形分離閉込めヘテロ接合(Graded −1nd
ex  S eparate  Confinemen
tHeterostructure ) )半導体レー
ザがある。例えば、「高出力リツジ導波路アルミニウム
ガリウムヒ素GItlNSCH半導体レーザ(High
−p owerRid8e−Waregu!de A)
GaAs  GRIN、5CHLaser 1)iod
e) J (ah、  Harderらによる。
E 1ectr、 l、ett、、 Vol、 22、
No、22.1986年9月25日pp、 1081〜
1082参照)の論文に記載されている。これは、きわ
めて低い電力で質の高いビームを与え、しかも効率が非
常に良い。従って、特に高速光学相互接続にきわめて重
要な高信頼性の可能性を有する。簡易で確立されたプロ
セスを用いて製造されるリッジ導波路は、横モードを効
果的に安定させる。きわめて低いしきい値電流及び電流
密度を持つGRINSCH半導体レーザ構造体が発表さ
れてきた。
速いエツチング速度(4μm〜6μmのエツチング深さ
)、レーザ構造体の様々な材料に対する遅いエツチング
速度選択性、損傷の少ない垂直のなめらかな面及びλ/
10より小さい表面粗さが、レーザ鏡のエツチングプロ
セスに要求される主なものである。
アルミニウム濃度を変化させた層と、ともに、lll−
■型化合物(例えばA)GaAs/GaAs)レーザ構
造体内に垂直なエツチング鏡面を製造するためのこれま
で知られている最良の方法は、化学的補助イオンビーム
エツチング(CAIBE)である。
例えば、「高品質レーザ鏡面のための化学的補助イオン
ビームエツチング(Chemically As5is
tedIon Beam Etchin8Proces
s for HighQuality La5er M
irrors) J (P、  Buchmannらに
よる。Int、Conf、 on M!crolfth
o8raphy。
Vienna、  1988年9月)の論文や、「高出
力エツチングし面レーザ(H13h−P ower E
 tched−F acetLaser) J (P 
、 T 1hanyiらによる。Electr。
1、ett、、 Vol、23、No、15.1987
年7月16日、pp、 772〜778参照)の論文に
、このようなプロセスは発表されている。
しかし、光メモリ及び単一モードのファイバ通信に用い
られる単一モードのレーザに、特に重要となる追加の要
求がある。光モード領域内で鏡面が少しでも湾曲してい
ると、反射光及び透過光の両方に位相シフト歪曲(ゆが
み)が生じる。強い位相シフト歪曲(ゆがみ)を伴う反
射光は、後退導波モードの結合係数を持つ。言い換えれ
ば、単一モード導波路の湾曲した鏡面の効果的な反射性
は低下し、しきい値電流は増加する。そのような位相歪
曲(ゆがみ)は、レーザ出力ビームの遠視野パターンに
おいても目立つ(サイドローブ、マルチローブ)。遠視
野の非ガウスビームの形状は、簡易な光学系を用いて理
想解析限定スポットにビームの焦点を合わせることがで
きないので、磁気光学ディスクのようなものの可能記憶
帯/x、を減少させるということを意味する。
リッジ導波路及びいくつかの溝を掘った基板レーザの場
合、即ち平坦でない導波管構造体が用いられる場合のよ
うに、レーザの構造体が明白な表面の凹凸(トポグラフ
ィ: topography )を有する時には、鏡面
を平坦にすることは非常に困難であるとされてきた。鏡
面の湾曲を引き起こす2つの主な影響がある。
1、トポグラフィ/リソグラフィ;エツチングマスク層
の付着はいくらかの平坦化を生む。即ち、リッジレーザ
に対して、マスクをその両側のエツチングされる水平面
よりもリッジ上で薄くする。
これは、マスクを製造している間にリッジの位置におい
てマスクエツジ内への凹部な引き起こす。
この凹部は、異方性エツチングプロセスによって鏡面内
へ遷移する。この凹部は、わずか20〜3Qnmないし
500nmにすぎないが、GaAsレーザ内のλ/2は
llQnmに相当するためにレーザ光の波面に有害であ
る。実験において、鏡面の湾曲にウェーハ同志の大きな
変形が観察された。主な歪曲(ゆがみ)は、リッジのエ
ツジ下で生じる。
2.1面エツチングプロセス:鏡面の形成に使用される
プロセスは(例えばCAIBE)、異方性に依存する表
面の湾曲及びエツチングプロセスにおけるアンダーカッ
トも導入することができる。
もしエツチングの系に化学的反応性ガスを導入するなら
ば、活性種の局部密度は生じたトポグラフィに従って変
化し、その結果、エツチングされた面をさらに湾曲させ
る。
湾曲の問題は以前から認識されており、「イオンビーム
エツチングを用いたフォトダイオードを半導体集積回路
に組み込んだGaAs/AノGaASリッジ導波路レー
ザ(GaAs/A)GaAs RidgeWave8u
ide La5er Monolithically 
 I nte8ratedwith a  Photo
diode Llsing  I on  Beam 
 Etching) J(N 、  B ouadma
らによる。Electr、  Lett、、 Vol。
23、No、16.1987年7月号、pp、 855
〜857参照)の論文で報告されている。この中で、鏡
面領域で数ミクロンだけリッジを短かくすることによっ
て問題は解決できたことが記述されている。この方法を
用いるとトポグラフィの影響を回避できるが、波面及び
遠視野が犠牲になり、リッジ型で与えられる導波路に起
因する歪曲(ゆがみ)が生じる。
[発明が解決しようとする課題] 本発明の主な目的は、平坦でないストライプ導波路を持
つ集積型光学構造体のエツチング鏡面の平坦性を改良す
る方法を提供することである。
本発明のもう1つの目的は、従来の高品質呻開技術を用
いて得られる鏡面と同等の品質の半導体ダイオードレー
ザ鏡をエツチングする方法を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、簡単で容易な制御プロセス
工程を用いてきわめて平坦でなめらかな水平面を持った
半導体レーザ鏡面をエツチングする方法を提供すること
である。
さらに別の目的は、従来の高品質襞開技mt用いて得ら
れる鏡面と同等の品質の少なくとも1つのエツチング鏡
面を有する半導体レーザ構造体を提供することである。
[課題を解決するための手段] 本発明は、前述の目的を満足させ、従来のエツチング技
術の欠点を改善することを意図する。本発明の方法は、
エツチングした鏡面近傍の終端部分で幅広にした導波路
を用いることによって、鏡面の湾曲に起因する従来の問
題を解決する。この簡単な変更を行なうと、光モード領
域から、湾曲が顕著でない表面の領域まで、湾曲面領域
はシフトされる。
トポグラフィ及びリソグラフィのエツチングした鏡面へ
の影響による問題を解決できることが、本発明の主な利
点である。例えば、リッジ導波路及び溝を掘った基板レ
ーザのようなものに対して重要な利点である。得られる
鏡面は、光モード領域において平坦であり、単一モード
のエツチング鏡面レーザの遠視野特性と同じ位に反射性
及び吸光係数を改善する。一方、非導波輻広リッジ部分
に起因する結合損失は、無視できる程度である。
[実施例] 本発明を詳細に記述する前に、本発明の応用例としてエ
ツチング鏡面を持つリッジAノGaAs/GaAs単一
量子ウエル(single quantum well
 : 5QW)GRINSCH構造体を用いて、本発明
の方法と従来の方法とを比べて一般的概念を略述する。
第2図は、従来のリッジGRINSCHレーザ構造体1
0の主要素を示す図である。図は鏡面エツチングプロセ
ス完了後の構造体を示す。GaAs基板11上には、A
JGaAsクラッド下層12、量子ウェルを形成する活
性GaAs層13、及びAノGaAsクラッド上層14
を付着する。リッジ17を形成するために、AノQaA
sクラッド上層14をエツチングする。リッジ17の両
側のエツチング表面を絶縁層15でおおう、電気的接点
として用いられる層状レーザ構造体の上に、メタライゼ
ーション膜16を付着させる。エツチング鏡面の溝の垂
直壁面18が鏡面を与える。溝の底面20は、初期レー
ザ構造休部ち参照番号21で表わされる”遷移リッジ゛
°の上表面と同じ輪郭を示す。
第2図において、光モード領域は活性層18の中央付近
の楕円24として示され、ストライプリッジ17によっ
て横方向は規定される。図中の膨部19は、面18に実
在する湾曲の屈曲@域を示す。これらの屈曲領域は、本
発明の解決しようとする不利益なレーザビーム波面歪曲
(ゆがみ)を生む。
第1図は、本発明の原理に従って製造したリッジSQW
  GRINSCH構造体22を示す。これらの要素は
第1図及び第2図の構造体の要素と共通であり、両方の
図において同じ参照番号を採用している。
第1図に示す構造体では、鏡面近傍の終端においてリッ
ジl7t−広げ、幅広の部分28を形成する。輻Wは光
モード領域24の横幅よりも広い。
従って、リッジのエツジ(第2図の19)の下に形成さ
れる屈曲領域を光モード領域24内に湾曲がなくなるよ
うに領域29ヘシフトさせる。その結果、光モード領域
24内では、鏡面は領域29の湾曲の影響を受けないの
で完全に平坦である。
光モード領域24内の少しの湾曲も効果的に排除させる
ために、幅広導波!!8部分23は放射レーザービーム
の強度部分の半値全幅(FWHM)の横幅よりも広い必
要がある。
横方向非導波幅広リッジ部分23の長さしは、後退導波
モードに対する発散ビームの結合損失を最小にするため
に、できるだけ短かくしなければならない。1ないし5
μmが好ましい。光モード領域24内でのいかなるトポ
グラフィの影響も回避させ、同時にモード結合損失を無
視できる程度に保つために、長さしは2μmで十分であ
る。
第3八図ないし第3G図は、リッジSQW  GRIN
SCHレーザの発生に応用させた本発明の方法の連続す
る工程の詳細図である。各図面は、各プロセスでの構造
体の断面図(左)及び上面図(右)の2枚からなる。
これらの図面とともに記述される実施例において、レー
ザ構造体は、分子ビームエピタキシ(MBE)プロセス
を用いてn型GaAsウェーへの<100>表面に成長
させるA1GaAs/GaAs層の積層体からなる。積
層体内にエツチングされた溝の垂直壁面によって鏡面が
与えられる。
第3A図に示されるように、このプロセスは層’UAi
GaAs/GaAsレーザ構造体30の油除去及び洗浄
、即ちリッジ及び鏡面の製造に要求されるプロセス工程
のための準備から開始される。図をわかりやすくするた
めに、積層体の全層のうちの活性層31のみを示す。
まずポジ型レジストを塗布し、レーザリッジパターンで
露光し、現像する(接触リソグラフィ及びクロムマスク
を用いる)。バターニングされたフォトレジスト32に
は(通常は長くて)細い部分32.1及び幅広の部分8
2.2があり、ウェットエツチング工程のマスクとして
作用する。そしてフォトレジストのパターニング通りに
リッジ33を形成する。エツチング表面部分は、参照番
号51で示される(第3B図参照)。
単一モードの導波路の一般的な寸法は、リッジ高さ1.
5μm、リッジ幅3μm及びリッジ(又はレーザ共振器
)長さ200ないし1000μmである。幅広導波路の
終端部分は少なくとも8μm幅でなければならず、鏡面
のエツチング後は約2μmの長さにすべきである。
続いてプラズマ増速CVD (PECVD )を使用し
て、S i N 4絶縁層34を200nmの厚さで付
着させ、リッジ33及びフォトレジストマスク32の両
方を取り囲む。そしてレジストを剥離しくアセトンを用
いる)、リッジ33の表面には自己整合非分離接点スト
ライプのみを残すが、エツチングされた部分51は絶縁
層34におおわれたままである(第3C図参照)。
次に、酸素を用いる活性イオンエツチング(RIE)プ
ロセスを使用してポリイミド層を付着させ、レーザの頂
部(P−)接点パッドを規定するための剥離マスク35
として作用させる。第3D図に示されるように、マスク
35は幅広リッジ終端部分33.2から約2μmで終わ
っている。
そして、チタンプラチナ金(TiPtAu))11を付
着させ、頂部接点36がリッジに広がっているが、幅広
リッジ終端部分から約2μmで終わるように、この膜を
剥離する。これによって、鏡面の溝をエツチングするた
めの窓を残す(第3E図参照八次の工程又は一連の工程
において、鏡面の溝をエツチングするためのマスク37
を形成する。単層マスクを利用できるが多層構造が好ま
しい。なぜならなめらかな垂直鏡面を提供するからであ
る。
オプトエレクトロニクス半導体の構造体の製造における
このような多層エツチングマスク及びその使用について
は、欧州特許第888106135号に記述されている
。それは2枚のフォトレジスト層即ち堅焼き底層及び軟
焼き上層からなり、それぞれの層の間には薄いアモルフ
ァス誘電中間層を有する。リソグラフィで上のレジスト
層に形成したエツチングパターンをまず中間層に遷移さ
せ、そして底の堅焼きレジスト層に遷移させる。後者は
、次の鏡面の溝のエツチングプロセスの際、活性マスク
37として作用する。下にある半導体の構造体部分3B
を露出させるために、活性マスク37をバターニングす
る(第3F図参照)。
鏡面の溝をエツチングするために、供給リングを通る5
00eVのエネルギーのアルゴン及び15sCem流量
の塩素を用いたCノ2 / A r  CA I B 
Eプロセスを使用する。サンプルを室温において15分
間回転させる。エツチング後、堅焼きレジスト87をア
ッシングによって酸素プラズマ中で除去する。この後、
溶剤で洗浄する(第3G図参IQ )。
結果として得られる鏡面の溝39は、鏡面40を提供し
、深さ4μmないし6μmである。鏡面は2Or+mよ
り小さな粗さである。面の湾曲は、幅広リッジ終端部分
のエツジ41で観察されるが、光モード領域は絶対的に
鏡面の平面領域のみに閉じ込められる。
第3図は半導体レーザの鏡面の一面のみの製造を示す。
同時に導波路の別の終端における面も製造できる。曲げ
られたイオンビームスパッタリングによって、前面及び
後面に低い反射性及び高い反射性コーティングを付着で
きる。もつとも簡単なプロセスは、各面にAl2O8の
パッシベーション層を付着させることである。そして、
簡単なレジストマスク及びCF4−RIB工程を用いて
結合パッドに接続させるコーティングによって、バイア
・ホールをエツチングする。
チップのり開を簡単にするために、基板の裏面(構造体
の底面)を150μmの厚さにラッピングするか又はウ
ェットエツチングする。アルコ′ンスバツタ洗浄後、底
面(n−)接点を形成するために、390℃で60秒間
GeAuNlAuメタライゼーションを蒸着合金させる
本発明は、リッジ半導体1ノ−ザの製造、特にリッジS
QW  GIt[N5CI(レーザの製造について詳細
に記述している。しかし、例えば溝型半導体レーザ(ネ
ガ型チボグラフイを伴う)又は受動導波路のような、平
坦でないストライプ導波路を持つ他の集積光学構造体並
びに変調器及び切換器のようなデバイスにも本発明が応
用できることがわかる。
また、一連のプロセス工程を変更できることもわかる。
前述の実施例において、幅広の終端部分を有するストラ
イプ導波路を鏡面のエツチング前に形成した。この順番
を変えて、まず初期層構造体に鏡面を形成する溝をエツ
チングし、そして幅広の終端部分を有するストライプ導
波路を形成することもできる。本発明の方法の重要な特
色は、(1)鏡面(導波路をさきに形成する場合)又は
(2)導波路構造体く鏡面をさきにエツチングする場合
)をエツチングする間に、光モード領域内の鏡面を導波
路の幅広の終端部分で保護しなければならないというこ
とである。
[発明の効果] 本発明は、平坦でないストライプ導波路を持つ集積型光
学構造体のエツチング鏡面の平坦性を改良する方法を提
供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に従って製造したリッジSQW  G
R[N5CH構造休22を示す図である。 第2図は、従来のリッジGRINSCHレーザ構造体1
0を示す図である。 第3A図ないし第3G図は、リッジSQW  Grtl
NscHレーザの発生に応用させた本発明の方法の連続
工程図であり、左側は断面図で右側は上面図である。 11・・・・基板、12・・・・A)GaAsクラッド
下層、13・・・・活性GaAs層、14・・・・Aノ
GaAsクラッド上層、15・・・・絶縁層、16・・
・・メタライゼーション膜、17・・・・リッジ、18
・・・・壁面、19.29・・・・屈曲領域、20・・
・・溝の底面、21・・・・遷移リッジ上表面、28・
・・・横方向非導波幅広リッジ部分、24・・・・光モ
ード領域、30・・・・層状AノGaAs/GaAsレ
ーザ構造体、31・・・・活性層、32・・・・フォト
レジスト、33・・・・リッジ、34・・・・S i 
N 4絶縁層、85・・・・ポリイミド層、36・・・
・TiPtAu71%、37・・・・レジスト、39・
・・・鏡面の溝、40・・・・鏡面、41・・・・リッ
ジ終端部分のエツジ、51・・・・エツチング部分。 2 む」N−

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)平坦でないストライプ導波路を有する集積型光学
    構造体のエッチング鏡面の平坦性を改善する方法で、次
    の(a)及び(b)の各工程からなる方法。 (a)少なくとも一つの幅広終端部分を持つストライプ
    導波路を有する前記構造体をウェーハ上に形成する工程
    。 (b)非導波の幅広部分の長さを最小にするために導波
    路の幅広終端部分を横切る鏡面をそのうちの短い部分だ
    け残るように異方性エッチングする工程。
  2. (2)平坦でないストライプ導波路を有する集積型光学
    構造体のエッチング鏡面の平坦性を改善する方法で、次
    の(a)〜(c)の各工程からなる方法。 (a)ウェーハ上に前記構造体が形成される積層体を成
    長させる工程。 (b)前記鏡面を形成するために、鏡面の溝を異方性エ
    ッチングする工程。 (c)光モードの強度分布の半値全幅の横幅よりも広く
    、エッチング鏡面の近傍の短い幅広終端部部を有するス
    トライプ導波路をエッチングする工程。
  3. (3)狭くて長い導波路部分及び、エッチング鏡面の近
    傍の終端において、デバイスの光モード部分の強度分布
    の半値全幅の横幅よりも広くて短い幅広終端部分からな
    る、平坦でないストライプ導波路を有する集積型光学デ
    バイス。
JP2155574A 1989-06-16 1990-06-15 集積型光学的デバイスの製造方法 Expired - Lifetime JPH07105573B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP89810463A EP0402556B1 (en) 1989-06-16 1989-06-16 A method for improving the flatness of etched mirror facets
EP89810463.3 1989-06-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0330490A true JPH0330490A (ja) 1991-02-08
JPH07105573B2 JPH07105573B2 (ja) 1995-11-13

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