JPH07105573B2 - 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Info
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- JPH07105573B2 JPH07105573B2 JP2155574A JP15557490A JPH07105573B2 JP H07105573 B2 JPH07105573 B2 JP H07105573B2 JP 2155574 A JP2155574 A JP 2155574A JP 15557490 A JP15557490 A JP 15557490A JP H07105573 B2 JPH07105573 B2 JP H07105573B2
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
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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（リツ
ジ:ridge）半導体レーザ又は溝型（グルーブ:groove）
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（etched mirror facet）の平坦
性を改良する方法に関するものである。
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（リツ
ジ:ridge）半導体レーザ又は溝型（グルーブ:groove）
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（etched mirror 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。
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
一つの劈開鏡面を、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、ウエーハレベルにおける鏡面コー
テイ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、歩止りの向上並びに
製造及び試験コストの減少に寄与する。
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
一つの劈開鏡面を、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、ウエーハレベルにおける鏡面コー
テイ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、歩止りの向上並びに
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、溝型結合共振レーザ、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。
常に短い共振レーザ、溝型結合共振レーザ、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、いわゆるリツジGRINSCH（グレーデツド形
分離閉込めヘテロ接合（Graded−Index Separate Confi
nement Heterostructure））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GR
INSCH半導体レーザ（High-Power Ridge-Wareguide AlGa
As GRINSCH Laser Diode）」（ch.Harderらによる。Ele
ctr.Lett.,Vol.22、No.22、1986年９月25日pp.1081〜10
82参照）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。従つて、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ツジ導波路は、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。
体の１つに、いわゆるリツジGRINSCH（グレーデツド形
分離閉込めヘテロ接合（Graded−Index Separate Confi
nement Heterostructure））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GR
INSCH半導体レーザ（High-Power Ridge-Wareguide AlGa
As GRINSCH Laser Diode）」（ch.Harderらによる。Ele
ctr.Lett.,Vol.22、No.22、1986年９月25日pp.1081〜10
82参照）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。従つて、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ツジ導波路は、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。
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、III−Ｖ型
化合物（例えばAlGaAs/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（CA
IBE）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 Assiste
d Ion Beam Etching Process for High Quality Laser
Mirrors）」（P.Buchmannらによる。Int.Conf.on Micro
lithography,Vienna,1988年９月）の論文や、「高出力
エツチング面レーザ（High-Power Etched-Facet Lase
r）」（P.Tihanyiらによる。Electr.Lett.,Vol.23、No.
15、1987年７月16日、pp.772〜773参照）の論文に、こ
のようなプロセスは発表されている。
化合物（例えばAlGaAs/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（CA
IBE）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 Assiste
d Ion Beam Etching Process for High Quality Laser
Mirrors）」（P.Buchmannらによる。Int.Conf.on Micro
lithography,Vienna,1988年９月）の論文や、「高出力
エツチング面レーザ（High-Power Etched-Facet Lase
r）」（P.Tihanyiらによる。Electr.Lett.,Vol.23、No.
15、1987年７月16日、pp.772〜773参照）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アイバ通信に用い
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
想解析限定スポツトにビームの焦点を合わせることがで
きないので、磁気光学デイスクのようなものの可能記憶
密度を減少させるということを意味する。
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
想解析限定スポツトにビームの焦点を合わせることがで
きないので、磁気光学デイスクのようなものの可能記憶
密度を減少させるということを意味する。
リツジ導波路及びいくつかの溝を掘つた基板レーザの場
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
イ: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。
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
イ: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.トポグラフイ／リソグラフイ：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、リツジレーザに
対して、マスクをその両側のエツチングされる水平面よ
りもリツジ上で薄くする。これは、マスクを製造してい
る間にリツジの位置においてマスクエツジ内への凹部を
引き起こす。この凹部は、異方性エツチングプロセスに
よつて鏡面内へ遷移する。この凹部は、わずか20〜30nm
ないし500nmにすぎないが、GaAsレーザ内のλ/2は110nm
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、ウエーハ毎に鏡面湾曲の相違が観察された。主
な歪曲（ゆがみ）は、リツジのエツジ下で生じる。
付着はいくらかの平坦化を生む。即ち、リツジレーザに
対して、マスクをその両側のエツチングされる水平面よ
りもリツジ上で薄くする。これは、マスクを製造してい
る間にリツジの位置においてマスクエツジ内への凹部を
引き起こす。この凹部は、異方性エツチングプロセスに
よつて鏡面内へ遷移する。この凹部は、わずか20〜30nm
ないし500nmにすぎないが、GaAsレーザ内のλ/2は110nm
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、ウエーハ毎に鏡面湾曲の相違が観察された。主
な歪曲（ゆがみ）は、リツジのエツジ下で生じる。
2.鏡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ツトも導
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
ポグラフイに従つて変化し、その結果、エツチングされ
た面をさらに湾曲させる。
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ツトも導
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
ポグラフイに従つて変化し、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オトダイオードを半導体集積回路
に組み込んだGaAs/AlGaAsリツジ導波路レーザ（GaAs/Al
GaAs Ridge Waveguide Laser Monolithically Integrat
ed with a Photodiode Using Ion Beam Etching）」
（N.Bouadmaらによる。Electr.Lett.,Vol.23、No.16、1
987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ツジを短か
くすることによつ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イの影響を回避で
きるが、他方、波面及び遠視野の歪面が著しくなる。
エツチングを用いたフオトダイオードを半導体集積回路
に組み込んだGaAs/AlGaAsリツジ導波路レーザ（GaAs/Al
GaAs Ridge Waveguide Laser Monolithically Integrat
ed with a Photodiode Using Ion Beam Etching）」
（N.Bouadmaらによる。Electr.Lett.,Vol.23、No.16、1
987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ツジを短か
くすることによつ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イの影響を回避で
きるが、他方、波面及び遠視野の歪面が著しくなる。
［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。
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、従来の高品質劈開技術を用
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。
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つた
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。
工程を用いてきわめて平坦でなめらかな水平面を持つた
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。
［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、前述したエツチング鏡面の湾曲に起因
する従来の問題は、エツチングにより形成された共振器
端面のための鏡面と隣接して終端部分が幅広く形成され
た非平面型のストライプ導波路を集積型光学的積層構造
体の上面に形成することにより解決される。前記幅広終
端部分を有する非平面型ストライプ導波路を、共振器用
鏡面のエツチングによる形成前に、光学的積層構造体の
上面に形成してもよく、または、この順番を変えて、共
振器用鏡面となる溝を先ず光学的積層構造体に形成し、
次にこの積層構造体の上面において鏡面状溝側壁に隣接
して幅広終端部分を有する非平面型のストライプ導波型
をエツチングにより形成してもよい。本発明によれば、
前者の場合には、鏡面をエツチング形成する間、そして
後者の場合には、ストライプ導波路をエツチング形成す
る間、光モード領域内の鏡面が導波路の幅広終端部分で
保護されている点に注目すべきである。
する従来の問題は、エツチングにより形成された共振器
端面のための鏡面と隣接して終端部分が幅広く形成され
た非平面型のストライプ導波路を集積型光学的積層構造
体の上面に形成することにより解決される。前記幅広終
端部分を有する非平面型ストライプ導波路を、共振器用
鏡面のエツチングによる形成前に、光学的積層構造体の
上面に形成してもよく、または、この順番を変えて、共
振器用鏡面となる溝を先ず光学的積層構造体に形成し、
次にこの積層構造体の上面において鏡面状溝側壁に隣接
して幅広終端部分を有する非平面型のストライプ導波型
をエツチングにより形成してもよい。本発明によれば、
前者の場合には、鏡面をエツチング形成する間、そして
後者の場合には、ストライプ導波路をエツチング形成す
る間、光モード領域内の鏡面が導波路の幅広終端部分で
保護されている点に注目すべきである。
本発明の構成は次の通りである。
1.終端部分が光モードの強度分布の半値全幅よりも幅広
く形成されている非平面型のストライプ導波路を上部に
有し内部に光学的活性層を含む集積型光学的積層構造体
をウエーハ上に形成する工程と、 前記ストライプ導波路の前記幅広終端部分の基部からミ
クロン・オーダの距離だけ外側の位置において前記積層
構造体の上部から内部に向けて、前記ストライプ導波路
に対して実質的に垂直面をなす鏡面をなす鏡面状側壁を
異方性エツチングにより形成する工程と、 より成る集積型光学的デバイスの製造方法。
く形成されている非平面型のストライプ導波路を上部に
有し内部に光学的活性層を含む集積型光学的積層構造体
をウエーハ上に形成する工程と、 前記ストライプ導波路の前記幅広終端部分の基部からミ
クロン・オーダの距離だけ外側の位置において前記積層
構造体の上部から内部に向けて、前記ストライプ導波路
に対して実質的に垂直面をなす鏡面をなす鏡面状側壁を
異方性エツチングにより形成する工程と、 より成る集積型光学的デバイスの製造方法。
2.非平面型のストライプ導波路が上面に形成されるべき
光学的活性層を含む集積型光学的積層構造体をウエーハ
上に形成する工程と、 前記光学的活性層と実質的に直交する方向に鏡面状の側
壁を有する溝を異方性エツチングにより前記積層構造体
に形成する工程と、 前記鏡面状側壁に没つた方向に光モードの強度分布の半
値全幅よりも大きい長辺及び前記鏡面状側壁から前記積
層構造体の内部に向けて短辺を有する幅広終端部分を含
む、非平面型ストライプ導波路を、前記積層構造体の上
面において前記鏡面状側壁と垂直方向に延びるように、
エツチングにより形成する工程と、 より成る集積型光学的デバイスの製造方法。
光学的活性層を含む集積型光学的積層構造体をウエーハ
上に形成する工程と、 前記光学的活性層と実質的に直交する方向に鏡面状の側
壁を有する溝を異方性エツチングにより前記積層構造体
に形成する工程と、 前記鏡面状側壁に没つた方向に光モードの強度分布の半
値全幅よりも大きい長辺及び前記鏡面状側壁から前記積
層構造体の内部に向けて短辺を有する幅広終端部分を含
む、非平面型ストライプ導波路を、前記積層構造体の上
面において前記鏡面状側壁と垂直方向に延びるように、
エツチングにより形成する工程と、 より成る集積型光学的デバイスの製造方法。
このように、本発明によれば、エツチングにより形成さ
れた鏡面は、光モード領域において平坦であり、したが
つて、エツチング形成鏡面レーザの反射性及び吸光特性
のみならず遠視野特性も著しく改善される。一方、幅広
終端部分による結合損失は、幅広終端部分の長さがミク
ロン・オーダ（好ましくは１〜５ミクロンの範囲）の微
小寸法であるので、無視できる程度である。
れた鏡面は、光モード領域において平坦であり、したが
つて、エツチング形成鏡面レーザの反射性及び吸光特性
のみならず遠視野特性も著しく改善される。一方、幅広
終端部分による結合損失は、幅広終端部分の長さがミク
ロン・オーダ（好ましくは１〜５ミクロンの範囲）の微
小寸法であるので、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ツジAlGaAs/GaAs単一量子ウエル
（single quantum well:SQW）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。
ツチング鏡面を持つリツジAlGaAs/GaAs単一量子ウエル
（single quantum well:SQW）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、従来のリツジGRINSCHレーザ構造体10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、AlGaAsクラツド下
層12、量子ウエルを形成する活性GaAs層13、及びAlGaAs
クラツド上層14を付着する。リツジ17を形成するため
に、AlGaAsクラツド上層14をエツチングする。リツジ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
ゼーシヨン膜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
造体即ち参照番号21で表わされる“遷移リツジ”の上表
面と同じ輪郭を示す。
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、AlGaAsクラツド下
層12、量子ウエルを形成する活性GaAs層13、及びAlGaAs
クラツド上層14を付着する。リツジ17を形成するため
に、AlGaAsクラツド上層14をエツチングする。リツジ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
ゼーシヨン膜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
造体即ち参照番号21で表わされる“遷移リツジ”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13の中央付近の
楕円24として示され、ストライプリツジ17によつて横方
向は規定される。図中の影部19は、面18に実在する湾曲
の屈曲領域を示す。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。
楕円24として示され、ストライプリツジ17によつて横方
向は規定される。図中の影部19は、面18に実在する湾曲
の屈曲領域を示す。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、本発明の原理に従つて製造したリツジSQW GR
INSCH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。
INSCH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ツ
ジ17を広げ、幅広の部分23を形成する。幅Ｗは光モード
領域24の横幅よりも広い。したがつて、リツジのエツジ
（縁部）に形成された屈曲領域（第２図において符号19
で示した部分）が光モード領域24から湾曲の存在が光モ
ードに影響を与えない領域29（第１図）にシフトされる
ことになる。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。
ジ17を広げ、幅広の部分23を形成する。幅Ｗは光モード
領域24の横幅よりも広い。したがつて、リツジのエツジ
（縁部）に形成された屈曲領域（第２図において符号19
で示した部分）が光モード領域24から湾曲の存在が光モ
ードに影響を与えない領域29（第１図）にシフトされる
ことになる。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、幅広導波路部分23は放射レーザビームの強度部分
の半値全幅（FWHM）の横幅よりも広い必要がある。
めに、幅広導波路部分23は放射レーザビームの強度部分
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ツジ部分23の長さＬ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
ラフイの影響も回避させ、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Ｌは２μｍで十分であ
る。
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
ラフイの影響も回避させ、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Ｌは２μｍで十分であ
る。
第3A図ないし第3G図は、リツジSQW GRINSCH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。
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ウエーハの＜100＞表面に成長させるAlG
aAs/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つて鏡面が与えられる。
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ウエーハの＜100＞表面に成長させるAlG
aAs/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つて鏡面が与えられる。
第3A図に示されるように、このプロセスは層状AlGaAs/G
aAsレーザ構造体30の油除去及び洗浄、即ちリツジ及び
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。
aAsレーザ構造体30の油除去及び洗浄、即ちリツジ及び
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、レーザリツジパターンで
露光し、現像する（接触リソグラフイ及びクロムマスク
を用いる）。パターニンクされたフオトレジスト32には
（通常は長くて）細い部分32.1及び幅広の部分32.2があ
り、ウエツトエツチング工程のマスクとして作用する。
そしてフオトレジストのパターニング通りにリツジ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）。
露光し、現像する（接触リソグラフイ及びクロムマスク
を用いる）。パターニンクされたフオトレジスト32には
（通常は長くて）細い部分32.1及び幅広の部分32.2があ
り、ウエツトエツチング工程のマスクとして作用する。
そしてフオトレジストのパターニング通りにリツジ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、リツジ高さ1.5
μｍ、リツジ幅３μｍ及びリツジ（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。
μｍ、リツジ幅３μｍ及びリツジ（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、SiN4絶縁
層34を200nmの厚さで付着させ、リツジ33及びフオトレ
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（アセトンを用いる）、リツジ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）。
層34を200nmの厚さで付着させ、リツジ33及びフオトレ
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（アセトンを用いる）、リツジ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−）接点パツ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
広リツジ終端部分33.2から約２μｍで終わつている。
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−）接点パツ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
広リツジ終端部分33.2から約２μｍで終わつている。
そして、チタンプラチナ金（TiPtAu）膜を付着させ、頂
部接点36がリツジに広がつているが、幅広リツジ終端部
分から約２μｍで終わるように、この膜を剥離する。こ
れによつて、鏡面の溝をエツチングするための窓を残す
（第3E図参照）。
部接点36がリツジに広がつているが、幅広リツジ終端部
分から約２μｍで終わるように、この膜を剥離する。こ
れによつて、鏡面の溝をエツチングするための窓を残す
（第3E図参照）。
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枚のフオトレジスト層即ち
堅焼き底層及び軟焼き上層からなり、それぞれの層の間
には薄いアモルフアス誘電中間層を有する。リソグラフ
イ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38を露出させるために、活性マスク37をパタ
ーニングする（第3F図参照）。
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枚のフオトレジスト層即ち
堅焼き底層及び軟焼き上層からなり、それぞれの層の間
には薄いアモルフアス誘電中間層を有する。リソグラフ
イ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38を露出させるために、活性マスク37をパタ
ーニングする（第3F図参照）。
マスク37の開口の上縁、すなわち鏡面40を規定する開口
上縁、は幅広リツジ終端部分の基部から１〜５μｍの距
離だけ外方に位置するパターニングされる。
上縁、は幅広リツジ終端部分の基部から１〜５μｍの距
離だけ外方に位置するパターニングされる。
鏡面の溝をエツチングするために、供給リングを通る50
0eVのエネルギーのアルゴン及び15sccm流量の塩素を用
いたCl2/Ar−CAIBE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37をアツシングによつ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図参照）。
0eVのエネルギーのアルゴン及び15sccm流量の塩素を用
いたCl2/Ar−CAIBE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37をアツシングによつ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図参照）。
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20nmより小さな粗
さである。面の湾曲は、幅広リツ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。
さ４μｍないし６μｍである。鏡面は20nmより小さな粗
さである。面の湾曲は、幅広リツ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ツタリングによつて、前面及び
後面に低い反射性及び高い反射性コーテイングを付着で
きる。もつとも簡単なプロセスは、各面にAl2O3のパツ
シベーシヨ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−RIE工程を用いて結合パツド
に接続させるコーテイングによつて、バイア・ホールを
エツチングする。
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ツタリングによつて、前面及び
後面に低い反射性及び高い反射性コーテイングを付着で
きる。もつとも簡単なプロセスは、各面にAl2O3のパツ
シベーシヨ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−RIE工程を用いて結合パツド
に接続させるコーテイングによつて、バイア・ホールを
エツチングする。
チツプの劈開を簡単にするために、基板の裏面（構造体
の底面）を150μｍの厚さにラツピングするか又はウエ
ツトエツチングする。アルゴンスパツタ洗浄後、底面
（ｎ−）接点を形成するために、390℃で60秒間GeAuNiA
uメタライゼーシヨンを蒸着合金させる。
の底面）を150μｍの厚さにラツピングするか又はウエ
ツトエツチングする。アルゴンスパツタ洗浄後、底面
（ｎ−）接点を形成するために、390℃で60秒間GeAuNiA
uメタライゼーシヨンを蒸着合金させる。
本発明は、リツジ半導体レーザの製造、特にリツジSQW
GRINSCH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（ネガ型チポグラフイを
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。
GRINSCH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（ネガ型チポグラフイを
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（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。
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（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。
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。
第１図は、本発明に従つて製造したリツジSQW GRINSCH
構造体22を示す図である。 第２図は、従来のリツジGRINSCHレーザ構造体10を示す
図である。 第3A図ないし第3G図は、リツジSQW GRINSCH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……AlGaAsクラツド下層、13……活性Ga
As層、14……AlGaAsクラツド上層、15……絶縁層、16…
…メタライゼーシヨン膜、17……リツジ、18……鏡面、
19、29……屈曲領域、20……溝の底面、21……遷移リツ
ジ上表面、23……横方向非導波幅広リツジ部分、24……
光モード領域、30……層状AlGaAs/GaAsレーザ構造体、3
1……活性層、32……フオトレジスト、33……リツジ、3
4……SiN4絶縁層、35……ポリイミド層、36……TiPtAu
膜、37……レジスト、39……鏡面の溝、40……鏡面、41
……リツジ終端部分のエツジ、51……エツチング部分。
構造体22を示す図である。 第２図は、従来のリツジGRINSCHレーザ構造体10を示す
図である。 第3A図ないし第3G図は、リツジSQW GRINSCH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……AlGaAsクラツド下層、13……活性Ga
As層、14……AlGaAsクラツド上層、15……絶縁層、16…
…メタライゼーシヨン膜、17……リツジ、18……鏡面、
19、29……屈曲領域、20……溝の底面、21……遷移リツ
ジ上表面、23……横方向非導波幅広リツジ部分、24……
光モード領域、30……層状AlGaAs/GaAsレーザ構造体、3
1……活性層、32……フオトレジスト、33……リツジ、3
4……SiN4絶縁層、35……ポリイミド層、36……TiPtAu
膜、37……レジスト、39……鏡面の溝、40……鏡面、41
……リツジ終端部分のエツジ、51……エツチング部分。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オツト・フエーゲリ スイス国シイー・エイチ8803リユシユリコ ン、バーンホーフシユトラーセ94番地 (72)発明者 デイビツド・ジヨン・ウエブ スイス国シイー・エイチ8803リユシユリコ ン、ミユーレシユトラーセ４番地 (56)参考文献 特開 昭58−225681（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】終端部分が光モードの強度分布の半値全幅
よりも幅広く形成されている非平面型のストライプ導波
路を上部に有し内部に光学的活性層を含む集積型光学的
積層構造体をウエーハ上に形成する工程と、 前記ストライプ導波路の前記幅広終端部分の基部からミ
クロン・オーダの距離だけ外側の位置において前記積層
構造体の上部から内部に向けて、前記ストライプ導波路
に対して実質的に垂直面をなす鏡面状側壁を異方性エツ
チングにより形成する工程と、 より成る集積型光学的デバイスの製造方法。 - 【請求項２】非平面型のストライプ導波路が上面に形成
されるべき光学的活性層を含む集積型光学的積層構造体
をウエーハ上に形成する工程と、 前記光学的活性層と実質的に直交する方向に鏡面状の側
壁を有する溝を異方性エツチングにより前記積層構造体
に形成する工程と、 前記鏡面状側壁に没つた方向に光モードの強度分布の半
値全幅よりも大きい長辺及び前記鏡面状側壁から前記積
層構造体の内部に向けて短辺を有する幅広終端部分を含
む、非平面型ストライプ導波路を、前記積層構造体の上
面において前記鏡面状側壁と垂直方向に延びるように、
エツチングにより形成する工程と、 より成る集積型光学的デバイスの製造方法。
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 JPH0330490A (ja) | 1991-02-08 |
| JPH07105573B2 true JPH07105573B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=8203159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2155574A Expired - Lifetime JPH07105573B2 (ja) | 1989-06-16 | 1990-06-15 | 集積型光学的デバイスの製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5032219A (ja) |
| EP (1) | EP0402556B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07105573B2 (ja) |
| CA (1) | CA2017303C (ja) |
| DE (1) | DE68909779T2 (ja) |
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| EP0532816B1 (en) * | 1991-09-19 | 1995-08-09 | International Business Machines Corporation | Self-aligned optical waveguide to laser structure and method for making the same |
| JPH05173046A (ja) * | 1991-12-20 | 1993-07-13 | Sony Corp | 光導波路装置 |
| FR2694099B1 (fr) * | 1992-07-21 | 1994-12-09 | Louis Menigaux | Procédé pour former une structure à guide de lumière et miroir intégrés, et structure ainsi réalisée. |
| US5379359A (en) * | 1992-09-29 | 1995-01-03 | Eastman Kodak Company | Laser diode coupling to waveguide and method of making same using substrate etching |
| KR0138006B1 (ko) * | 1992-10-26 | 1998-06-15 | 모리시타 요이찌 | 광도파로 및 그 제조방법 |
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| DE102021103484A1 (de) * | 2021-02-15 | 2022-08-18 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zum herstellen einer mehrzahl von halbleiterlasern und halbleiterlaser |
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-
1989
- 1989-06-16 EP EP89810463A patent/EP0402556B1/en not_active Expired - Lifetime
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