(57)【要約】  ＧａＮウェハが、レーザの導波路およびミラーを形成するために、ＣＡＩＢＥにおいて５００℃を超える温度と５００Ｖを超えるイオンビームとを用いてエッチングされる、青色光を発することができるレーザを製作するプロセス。
2008547226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザを製作するプロセスであって、
窒化物系半導体ウェハをエッチングして多数のレーザを製作すること、
レーザをエッチングして、ウェハ上のレーザ上にエッチングされたレーザミラーを形成すること、
レーザ用の電気コンタクトを形成すること、
レーザをウェハ上で試験すること、および
その後、レーザを分離し実装するために、ウェハを個片化することを含む、プロセス。
【請求項２】
窒化物系半導体レーザを製作する方法であって、
窒化物系半導体レーザ構造上に高温安定なマスクを用いること、および
ＣＡＩＢＥにおいて５００℃を超える温度を用いて、前記レーザ構造に端面を形成することを含む、方法。
【請求項３】
窒化物系半導体レーザを製作する方法であって、
窒化物系半導体レーザ構造のｐドープキャップ層上にマスクを形成すること、
前記マスクが、前記キャップ層の導電性を維持すること、および
ＣＡＩＢＥにおいて５００Ｖを超えるイオンビームを用いて、前記レーザ構造にエッチング端面を形成することを含む、方法。
【請求項４】
窒化物系半導体レーザを製作する方法であって、
基板にマスクをコーティングすること、
最初に、前部端面をエッチングシステムにおいてイオンビームに対して角度をつけてエッチングして、ほぼ垂直の端面を形成すること、
第２のエッチングステップで、後部端面をエッチングすること、
第３のエッチングステップで、リッジをエッチングすること、
リッジ上のマスク内に開口部を形成すること、および
開口部内に導電材料を入れることを含む、方法。
【請求項５】
基板と、
前記基板に対して９０度または９０度前後に配置された第１のドライエッチング端面と、
第２のドライエッチング端面と、
前記第１のエッチング端面と前記第２のエッチング端面との間に位置するドライエッチングされたリッジとを含む窒化物系半導体レーザであって、
前記第１のエッチング端面が、前記基板に向けられたイオンビームを生成するイオンビーム源を含むドライエッチングシステム内で形成され、前記基板が、ドライエッチング中に前記イオンビームに対して垂直入射角度以外の角度で配置される、窒化物系半導体レーザ。
【請求項６】
第２の端面が、前記基板に対して９０度または９０度前後である、請求項５に記載の窒化物デバイス。
【請求項７】
第２の端面が、前記基板に対して４５度または４５度前後である、請求項５に記載の窒化物デバイス。
【請求項８】
基板と、
第１のドライエッチング端面と、
第２のドライエッチング端面と、
前記第１のエッチング端面と前記第２のエッチング端面との間に位置するドライエッチングされたリッジと、
リッジの上の誘電体とを含む窒化物系半導体レーザであって、
前記誘電体が、開口部を有し、
前記開口部が、ドライエッチングとウェットエッチングの両方で形成される、窒化物系半導体レーザ。
【請求項９】
前記誘電体が、前記エッチング端面を完全に封止する、請求項８に記載の窒化物レーザ。
【請求項１０】
前記基板が、前記リッジが製作されるエピタキシャルＡｌＧａＩｎＮ系構造を支持し、前記構造が、ｐドープキャップ層を含む、請求項８に記載の窒化物レーザ。
【請求項１１】
前記キャップ層上に堆積されたコンタクトをさらに含む、請求項１０に記載の窒化物構造。
【請求項１２】
前記第１の端面と前記第２の端面との間のリッジの長さが、１００μｍ以下である、請求項１２の窒化物レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年６月２２日に出願された米国仮特許出願第６０／６９２５８３号明細書の優先権を主張するものであり、その開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般に青色光を発することができるレーザを製作するプロセスに関し、より詳細には、レーザデバイスを製造するためにエッチファセット技術（ｅｔｃｈｅｄ  ｆａｃｅｔ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）（ＥＦＴ）を利用したＡｌＧａＩｎＮ系レーザの製作に関する。
【背景技術】
【０００３】
端面発光半導体レーザダイオード（ｅｄｇｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ）の反射ミラーは一般に、半導体結晶の機械的劈開によってレーザ共振器の端部に形成される。一般に半導体材料の場合、劈開は、フォトリソグラフィに比べて不正確なプロセスである。さらに、劈開は、デバイスの試験および他の後続の作業のために、脆弱なバーまたは極小チップの処理を必要とする。劈開は、モノリシック集積化に不適合になる傾向もある。これは、それには、ウェハが完全に機能するレーザを得るために物理的に破壊される必要があるからである。
【０００４】
ＧａＮの劈開は、特に問題となる。Ｎｉｃｈｉａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌは、１９９５年にサファイア基板上のＧａＮ系青色レーザを初めて実証し、その後、市販されているＣＷレーザを製造できるようになった（Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ等、２０００年、「Ｔｈｅ  Ｂｌｕｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：Ｔｈｅ  Ｃｏｍｐｌｅｔｅ  Ｓｔｏｒｙ」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ）。劈開は、青色レーザの端面を形成するために広く用いられているが、これらのデバイスの価格は、依然として非常に高いままである。サファイア基板を劈開してＧａＮ系レーザ端面を形成するのは、特に困難である。これは、サファイアが、互いに小さい角距離内にほぼ等しい劈開強度を有する多くの劈開面を有するからである。このため、破壊面は、劈開プロセス中の摂動が小さいときでも、１つの劈開面から別の劈開面に容易に方向が変わることがあり、これが生じたときに、レーザは使用不可能である。これらの問題にもかかわらず、サファイアは、それが比較的安価でありかつＧａＮ堆積に必要な高温処理の間に安定しているため、窒化物成長のために選択される基板となっている。しかしながら、サファイアもより高価なＳｉＣ基板も、ＧａＮに対して著しく格子不整合であり、成長材料中に高い欠陥密度をもたらす。自立型ＧａＮ基板は、部分的な解決法であり、今すぐに利用できるようになるが、立方のＩｎＰおよびＧａＡｓとは異なり、ＧａＮは、結晶構造が六方晶であり、劈開がずっと困難である。したがって、劈開は、ＧａＮ基板を用いても依然として困難なプロセスであると予想される。ＣＡＩＢＥにおいて傾斜基板を使用することにより、垂直エッチング端面（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｅｔｃｈｅｄ  ｆａｃｅｔ）の青色レーザが製作されている（Ｋｎｅｉｓｓｌ等、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７２、１５３９−１５４１）。しかしながら、これらのレーザは、ストライプすなわち利得ガイドという種類のものであった。したがって、リッジ型青色レーザを信頼できる費用対効率の高い方法で製作するために、改善されたプロセスが必要である。
【０００５】
ＧａＮ系青色レーザの歩留りとコストに影響を及ぼす重要な要因は、欠陥密度の低いレーザ品質材料を利用できないことである。いくつかの研究所が、欠陥密度を１０５／ｃｍ２レベルに向上させた、サファイア上エピタキシャル横方向成長（ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｌａｔｅｒａｌ  ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）（ＥＬＯＧ）などの技法を開発している。前述のように劈開が困難であるため、今日現実的に製作され得る最短共振器長は、６００μｍ程度である。機械的に劈開された端面の代わりにエッチング端面を用いることにより、より短い１００μｍ以下の共振器デバイスの形成が可能となる。短い共振器デバイスを製作できることにより、デバイス内に欠陥を有する確率が低下し、したがって歩留りがずっと高くなる。これらのレーザは、長い共振器デバイスよりも低い最大出力定格を有することができるが、レーザの大半は、低出力で十分であり、かつ最低コストおよび最低消費電力しか必要としない次世代ＤＶＤ再生専用用途に使用される。ＥＦＴによって可能になる特定の製作、集積化およびフルウェハ試験能力もまた、書込み可能な光ディスク用途に対する高出力ＧａＮレーザの製作に大きな利益をもたらす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
プロセスの歩留りとコストの観点からのエッチング端面青色発光レーザの魅力、ならびに集積ＡｌＧａＩｎＮ系フォトニクスの製作に関するその可能性を鑑みて、新しいＥＦＴプロセスが、ＡｌＧａＩｎＮ系構造の端面エッチングを実現するために開発されている。数年前に新しい技術（Ａ．Ｂｅｈｆａｒ−Ｒａｄ等、１９８９  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５４、４３９−４９５、米国特許第４８５１３６８２号明細書）が開拓され、この技術では、レーザ端面が、マスクのフォトリソグラフィ画定と化学支援イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）とを基本とするプロセスを用いて形成された。ニューヨーク州イサカのＢｉｎＯｐｔｉｃｓ社は、このエッチファセット技術（ＥＦＴ）を用いて、市販されているＩｎＰ系レーザ製品を開発してきた。これらの製品は、劈開によって得られたものと同等の品質および反射率を有する正確に位置するミラーを特徴とする。ＥＦＴを用いて、レーザが、集積回路チップがシリコン上に製作されるのとほぼ同じ方法でウェハ上に製作される。これにより、レーザを、単一チップ上に他の光デバイスと一体で集積し、ウェハレベルで安価に試験することができる（Ｐ．Ｖｅｔｔｉｇｅｒ等、１９９１  ＩＥＥＥ  Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．２７、１３１９−１３３１４）。
【０００７】
エッチファセット技術を用いて面発光レーザを製作する新規な費用効果の高い方法が、Ａ．Ｂｅｈｆａｒ等、２００５  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｗｅｓｔ、５７３７−０８頁に記載されている。また、共に本出願の譲受人に譲渡されている、２００５年１０月５日に出願された「Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」という名称の、Ａｌｅｘ  Ａ．Ｂｅｈｆａｒの同時係属の米国特許出願第１０／９５８０６９号明細書（代理人整理番号ＢＩＮ１５）と、２００４年１０月１４日に出願された「Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｗｉｔｈ  Ｌｅｎｓ」という名称の、Ａｌｅｘ  Ａ．Ｂｅｈｆａｒ等の同時係属の米国特許出願第１０／９６３７３９号明細書（代理人整理番号ＢＩＮ１９）と、を参照のこと。これらの開示は、参照により本明細書に組み込まれる。記載されている水平共振器型面発光レーザ（ＨＣＳＥＬ）は、基板上細長共振器の形態をとり、共振器のエミッタ端部の４５°の角度つき端面と後端部の９０°の端面とをエッチングすることによって製作される。後端部の反射領域は、後方端面に隣接するエッチングされた分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を組み入れてもよく、あるいは、誘電体コーティングが、端面反射率修正（ＦＲＭ）のために使用されてもよい。本出願の譲受人に譲渡されている、２００５年１月１９日に出願された「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」という名称の、Ａｌｅｘ  Ａ．Ｂｅｈｆａｒの同時係属の米国特許出願第１１／０３７３３４号明細書（代理人整理番号ＢＩＮ１７）に記載されているように、監視用光検出器（ＭＰＤ）および受信検出器が、チップ上に一体化されてもよい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、レーザが、集積回路チップがシリコン上に製作されるのとほぼ同じ方法でウェハ上に製作され、したがって、チップはフルウェハの形態で形成される。レーザミラーは、ＥＦＴプロセスを用いてウェハ上でエッチングされ、レーザの電気コンタクトが製作される。レーザは、ウェハ上で試験され、その後、ウェハは、レーザを分離して実装するために個片化される（ｓｉｎｇｕｌａｔｅｄ）。エッチングされたＡｌＧａＩｎＮ系端面の走査型電子顕微鏡画像から、新しく開発された本発明のＥＦＴプロセスを用いて達成される垂直度および平滑度の程度が分かる。本発明は、ＡｌＧａＩｎＮ系材料で到達可能な波長要件を有する様々な用途のレーザおよび集積デバイスを可能にする。
【０００９】
本発明によるレーザを製作するプロセスは、ＡｌＧａＩｎＮ系構造を有するウェハをエッチングしてウェハ上に多数のレーザ導波路共振器を形成するステップと、次いで、それらがまだウェハ上にある間に、レーザ共振器をエッチングして導波路の端部にレーザ端面すなわちミラーを形成するステップとを含むものとして要約され得る。その後、電気コンタクトがレーザ共振器上に形成され、個々のレーザはウェハ上で試験され、ウェハは、レーザを分離して実装するために個片化される。本発明によれば、端面をエッチングする方法は、ウェハ上のＡｌＧａＩｎＮ系レーザ導波路構造のｐドープキャップ層上の高温安定なマスクを用いて端面の位置を画定し、マスクがキャップ層の導電性を維持すること、次いで、ＣＡＩＢＥにおいて５００℃を超える温度と５００Ｖを超えるイオンビーム電圧とを用いて、マスクを介してレーザ構造の端面をエッチングすることを含む。
【００１０】
半導体のエッチングとマスキング材料との間の選択性は、フォトニクスで用いるストレート面を得るのに非常に重要である。マスクとＧａＮ系基板との間の高選択性が、本発明にしたがって、高温でＣＡＩＢＥを行うことにより得られた。ＣＡＩＢＥにおける大きなイオンビーム電圧が選択性を高めることも見出された。マスク材料は、高温エッチングに耐えるとともに、ＧａＮ系構造のｐコンタクトへの損傷を防止するためにも選択された。
【００１１】
上記と、本発明の追加の目的、特徴および利点は、添付図面を用いて行われる本発明の以下の詳細説明から、当業者には明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１に１０で全体が示されているように、半導体エピウェハ１２の機械的劈開は、端面発光ダイオードレーザの共振器端部に反射ミラーすなわち端面を画定するための有用なプロセスである。このプロセスでは、複数の導波路１４がウェハ基板上に製作され、金属コンタクト層が付着され、ウェハは、劈開線１６に沿うように機械的に劈開されて、レーザデバイス２０のバー１８が形成される。次いで、バー１８は、２２で示されているように積み重ねられ、レーザデバイスの劈開した端部の端面は、所望の反射および放射特性をもたらすようにコーティングされる。次いで、個々のレーザデバイス２０が、２４のように、個々のレーザの両端間にバイアス電圧２６を印加し、かつ得られた出力光ビーム２８を検出することによって試験され得る。次いで、レーザデバイスのバーは、３０のように分離すなわち個片化されて、３４のように知られている方法で適切に実装され得る個々のチップ３２を製造することができる。
【００１３】
しかしながら、ほとんどの半導体デバイスの場合、前述の劈開プロセスは不正確である。これは、それが半導体材料の結晶面の位置および角度に依存するからである。一部の材料では、例えば、互いに鋭角に配向するほぼ同等の強度の劈開面があるため、劈開中に生じる微小な摂動により、破壊面が１つの劈開面から別の劈開面に方向を変えることがある。さらに、図１に示されている劈開プロセスでは、試験および実装の間に、処理しにくい脆弱なバーおよび極小チップを形成する。さらに、機械的劈開は、例えば、チップ上に構成要素をモノリシック集積化するのに必要となる、後の個々のチップの処理に不適合になる傾向がある。これは、ウェハが、完全に機能するレーザを得るために物理的に破壊されなければならないからである。
【００１４】
レーザなどの光デバイスを製作するための代替の従来技術が、図２に４０で全体が示されており、多数の導波路４２が、適切なウェハ基板４４上に製作される。図のように、ウェハを横切って延びる平行導波路があることが好ましい。次に、フォトリソグラフィおよび化学支援イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）を基本とするプロセスが、導波路に沿った所望の位置に端面を形成してレーザ導波路共振器を製造するために使用される。これらの端面は、正確に位置し、劈開で得られるものと同等の品質および反射率を有する。レーザの共振器および端面が、集積回路がシリコン上に製作されるのとほぼ同じ方法でウェハ上に製作されるので、このプロセスにより、レーザを、単一チップ上に他の光デバイスと一体で集積化することができ、４６で示されているように、デバイスを、依然としてウェハ上にありながら安価に試験することができる。その後、ウェハは、４８のように、個片化されてチップ５０が分離されることができ、次いで、チップは、５２で示すように実装され得る。このプロセスは、高歩留りかつ低コストであり、非常に短い共振器を有するレーザの製造を可能にもする。図２の従来技術の製作プロセスについては、「Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  ＡｌＧａＡｓ−ＧａＡｓ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｅｌｌ  Ｒｉｄｇｅ  Ｌａｓｅｒｓ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｗｉｔｈ  Ｄｒｙ−Ｅｔｃｈｅｄ  Ｆａｃｅｔｓ  ａｎｄ  Ｒｉｄｇｅｓ」、Ａ．Ｂｅｈｆａｒ−ＲａｄおよびＳ．Ｓ．Ｗｏｎｇ、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏｌ．２８、１２２７−１２３１頁、１９９２年５月において、より詳細に説明されている。
【００１５】
本発明によれば、レーザは、図２に示されている一般的なプロセスを利用して、ただしＡｌＧａＩｎＮ系エピタキシャル構造４４を有するウェハ上に、集積回路チップがシリコン上に製作されるのとほぼ同じ方法で製作され、したがって、チップはフルウェハの形態で形成される。レーザミラーは、本発明の新しいエッチファセット技術（ＥＦＴ）を用いてウェハ上にエッチングされ、レーザの電気コンタクトは、ウェハ上のレーザ共振器上に製作される。上述のように、レーザはウェハ上で試験され、その後、ウェハは、レーザを分離して実装するために個片化される。エッチングされたＡｌＧａＩｎＮ系端面の走査型電子顕微鏡画像から、本発明のＥＦＴプロセスを用いて高度の垂直度および平滑度が達成され得ることが分かる。本発明は、ＡｌＧａＩｎＮ系材料で到達可能な波長要件を有する様々な用途のレーザおよび集積デバイスの製作を可能にする。
【００１６】
以下にさらに詳細に説明するように、本発明のプロセスでは、ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造が、基板上にエピタキシャル堆積され、ｎドープＡｌＧａＮの下部クラッドと、ＡｌＧａＩｎＮ（この組成物中にＡｌおよび／またはＩｎはなくてもよい）の量子井戸およびバリアを有する活性領域と、ｐドープＡｌＧａＮの上部クラッド層と、ＧａＮおよび／またはＧａＩｎＮの高濃度ｐドープキャップ層とを含む。
【００１７】
ＰＥＣＶＤ  ＳｉＯ２の層が、窒化物系レーザ構造上に堆積される。ＳｉＯ２をパターン化して、レーザ端面およびレーザメサを画定するために使用されるＳｉＯ２マスクを設けるために、リソグラフィおよびＲＩＥが行われる。各レーザでは、最初に、ＲＩＥ、次いでＣＡＩＢＥによるリッジの位置以外の領域内のＳｉＯ２のリソグラフィおよび除去によってリッジが形成され、ＣＡＩＢＥは、リッジを形成するために再度用いられる。試料はＰＥＣＶＤ  ＳｉＯ２で封止され、コンタクト開口部が形成され、ｐコンタクトがウェハの上部に形成され、続いてｎコンタクトが下部に形成される。
【００１８】
本発明のプロセスの好ましい形態では、ＣＡＩＢＥでのエッチングが、約５００℃から約７００℃の温度で、改善された選択性を与える５００Ｖから２０００Ｖのイオンビーム電圧を用いて実施される。図３は、曲線６０に、イオンビーム電圧、ビーム電流密度、および塩素流量が、１１００Ｖ、０．３５ｍＡ／ｃｍ２、および２０ｓｃｃｍで一定に保たれている間の、ＣＡＩＢＥにおける温度に関するＧａＮのエッチング速度すなわちエッチング速度利得に対する効果を示す。この図は、曲線６２に、ＧａＮとＳｉＯ２とのエッチング選択比も示し、選択比は、温度の上昇とともに向上し、７００℃前後で１０：１を超える選択比が得られることを示している。しかしながら、７００℃を超える温度では、ＧａＮ端面は孔食挙動を示し始め、この孔食は、温度が高くなると悪化する。
【００１９】
図４は、曲線６４に、温度、イオンビーム電流密度、および塩素流量が、２７５℃、０．３０ｍＡ／ｃｍ２、および２０ｓｃｃｍで一定に保たれている間の、ＣＡＩＢＥにおけるビーム電圧に関するＧａＮのエッチング速度に対する効果を示す。この図は、曲線６６に、ＧａＮとＳｉＯ２とのエッチング選択比も示し、選択比がビーム電圧の上昇とともに向上することを示している。
【００２０】
ＧａＮとＳｉＯ２とのエッチング選択比の低下がもたらされるＣＡＩＢＥ条件下では、エッチング端面は、基板の垂線から離れる角度で形成され得るが、これは、ＣＡＩＢＥシステムにおける角度でエッチングすることによって補償され得る。この場合、試料は、垂直入射から離れるイオンビームに対する角度で配置される。図５の曲線７０は、端面角度をＣＡＩＢＥ試料ホルダステージの傾斜の関数として示す。図５のデータを生成するために使用される条件は、イオンビーム電圧１２５０Ｖ、イオン電流密度０．３ｍＡ／ｃｍ２、Ｃｌ２の流量２０ｓｃｃｍ、および基板ステージ温度７００℃であった。
【００２１】
次に本発明のプロセスについてより詳細に説明すると、図６に斜視図で示されているファブリ−ペロレーザ導波路１００は、基板１０２上に高信頼性ＡｌＧａＩｎＮ系青色レーザ導波路を製作するプロセスが示されている図７から図１８のプロセスステップを用いて製作される。本発明について、図６に１０４で示されているようなリッジを有するレーザに関して説明するが、他のタイプのレーザまたは他の光デバイスもこのプロセスを用いて製作され得ることが理解されよう。
【００２２】
従来のように、基板１０２は、適切にドープされ得る、例えばＩＩＩ−Ｖ族化合物またはその合金で形成されたウェハとすることができる。図６のデバイスをそれぞれ線７−７および８−８の方向に見た図７および図８に示されているように、一連の層１０６が、例えば有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）を用いたエピタキシャル堆積によって、基板１０２の上面１０８上に堆積され得る。次いで、これらの層は、図７および図８に示されているように、通常は活性領域１１２、上部クラッド領域１１４および下部クラッド領域１１６を含む、図２に示した導波路４２や図６に示した導波路１００などの光導波路を形成するようにエッチングされ得る。図７、図９、図１１、図１３および図１５は、図６の導波路１００を矢印７−７の方向に見た端面図であり、図８、図１０、図１２、図１４および図１６は、図６の導波路１００を矢印８−８の方向に見た断面図であることに留意されたい。
【００２３】
一実施例では、ＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザ光デバイス１００の層１０６は、ｎドープＧａＮ基板１０２上にエピタキシャル形成され、ｎドープＡｌＧａＮからなる下部クラッド領域１１６と、ＡｌＧａＩｎＮ（この組成物中にＡｌおよび／またはＩｎはなくてもよい）からなる量子井戸およびバリアを有する活性領域１１２と、ｐドープＡｌＧａＮからなる上部クラッド層１１４と、ＧａＮおよび／またはＧａＩｎＮからなる高濃度ｐドープキャップ層１１８とを含む。フォトニック構造の上部クラッド領域１１４および下部クラッド領域１１６は、活性領域１１２のインデックスよりも低いインデックスを有し、ＧａＮおよび／またはＧａＩｎＮキャップ層１１８は、オーミックコンタクトを可能にするために設けられる。本実施例は、ＧａＮ基板上に青色レーザデバイスを設けることをベースとしているが、これらのデバイスは、サファイア、ＳｉＣ、またはＡｌＮなどの他の基板上に形成され得ることが理解されよう。
【００２４】
ＳｉＯ２などの誘電体の層１２０が、プラズマ支援化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）によって窒化物系レーザ構造上に堆積され、フォトリソグラフィが、スピンオン塗布したフォトレジスト層における端面の位置を画定するために用いられ、ＣＨＦ３による反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が、フォトレジストのパターンをＳｉＯ２に転写してマスクを生成するために使用される。図８に示されているように、フォトレジストは、酸素プラズマを用いて除去され、試料は、Ｃｌ２ベースの化学支援イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）において適切な基板傾斜で配置されて、第１の垂直端面１２６の形成を可能にする。ＣＡＩＢＥのパラメータは、電流密度０．３ｍＡ／ｃｍ２での１２５０ｅＶのＸｅイオン、Ｃｌ２の流量２０ｓｃｃｍ、および基板ステージ温度６５０℃とすることができる。エッチングは、レーザの垂直導波路の適切な端面（ｆａｃｅｔ  ｓｕｒｆａｃｅ）を形成するのに十分な深さである。残存するＳｉＯ２マスク１２０は、緩衝ＨＦ（フッ化水素酸）を用いて除去され、ＰＥＣＶＤ  ＳｉＯ２の新しい層１２７が、窒化物系レーザ構造上に堆積されて、第１のエッチング垂直端面１２６を覆う。第２のフォトリソグラフィが、フォトレジスト層に第２の端面の位置を画定するために用いられ、ＲＩＥが、フォトレジストパターンをＳｉＯ２に転写するために用いられる。図１０に示されているように、フォトレジストは除去され、試料はＣＡＩＢＥにおいて適切な基板傾斜で配置されて、第２の垂直端面１２８の形成を可能にする。第１のエッチング端面の場合のように、第２の端面のエッチングは、レーザの垂直導波路の適切な端面を形成するのに十分な深さである。第１の端面１２６は、第２の端面を形成する間、ＳｉＯ２マスク１２７によって保護される。
【００２５】
残存するＳｉＯ２マスク１２７は除去され、ＰＥＣＶＤ  ＳｉＯ２の新しい層１２９が、窒化物系レーザ構造上に堆積されて、第１および第２のエッチング垂直端面を覆う。フォトリソグラフィが、フォトレジストにリッジ１０４の位置を画定するために用いられ、ＲＩＥが、フォトレジストパターンをＳｉＯ２層１２９に転写するために用いられる。図１１および図１２に示されているように、フォトレジストは除去され、試料は、リッジを形成するために、ＣＡＩＢＥにおいて基板がイオンビームと本質的に垂直の状態で配置される。リッジ１０４は、青色レーザ構造の横方向導波路となる。
【００２６】
図１３および図１４に示されているように、残存するＳｉＯ２マスク１２９は除去され、ＰＥＣＶＤ  ＳｉＯ２の新しい層１３０が、構造を封止するために堆積される。マスクを形成するための図１５および図１６に示されているように、フォトリソグラフィが、フォトレジスト内のリッジの上に開口部１３２の位置を画定するために用いられ、ＲＩＥが、フォトレジストにおける穴をＳｉＯ２に部分的に転写するために用いられる。残存するＳｉＯ２は、緩衝ＨＦを用いて開口部１３２から除去され、その結果、窒化物系レーザ構造のコンタクト層１１８の高濃度ドープ面が露出される。このように、ＲＩＥは、高濃度ドープコンタクト層１１８の表面に損傷を与えない。ｐコンタクト１４０が、開口部１３２を覆うために、図１５および図１６に示されているようにメタライゼーションリフトオフパターン１３４を用いて堆積され、図１７および図１８に示されているように、ｎコンタクト１４２が、メタライゼーションリフトオフを用いてｐコンタクトと同じ側から形成されるか、あるいは基板が導通している場合に、ウェハの裏面上に堆積される。リフトオフパターンの縁部１３６は、ｐコンタクトを画定する。
【００２７】
ｐコンタクトは、ツーステッププロセスで形成され得、このプロセスでは、３０ｎｍのＮｉ、続く３０ｎｍのＡｕなどの金属の第１の堆積物が開口部の上に堆積され、メタライゼーションリフトオフによって行われる。第１の堆積物は、窒化物系構造との良好なコンタクトを形成するために、急速熱アニール装置（ＲＴＡ）を用いて、Ｏ２（酸素）雰囲気中において５５０℃でアニールされる。次いで、１５ｎｍのＴｉ、５００ｎｍのＰｔ、１０００ｎｍのＡｕなどの金属の第２の堆積物もまた、ｐ金属の良好な導電性を与えるとともに、ｐコンタクトにワイヤボンディングするための良好なベースを設けるために、メタライゼーションリフトオフによって行われる。
【００２８】
図７から図１０に関して説明したプロセスは、端面１２６および１２８の一方または両方が、図１９から図２１に示されているような面発光デバイスすなわちＨＣＳＥＬ１５０を形成するように４５°の角度にエッチングされることになる、角度をつけたエッチング（ａｎｇｌｅｄ  ｅｔｃｈ）で置き換えることができる。これらの図では、ＨＣＳＥＬは、単一の４５°の角度つき端面１５２を使用しているが、所望であれば、両端面に角度をつけることもできる。図２１に示されているように、１つまたは複数の受信検出器１５４が、ＨＣＳＥＬ１５０と一体化され得る。
【００２９】
ＡｌＧａＩｎＮ系青色レーザの歩留りとコストに影響を及ぼす重要な要因は、欠陥密度の低いレーザ品質材料を利用できないことである。いくつかの研究所が、サファイア上エピタキシャル横方向成長（ＥＬＯＧ）などの技法を開発しており、他は、欠陥密度を１０５／ｃｍ２レベルに向上させたＧａＮ基板を開発している。前述のように劈開が困難であるため、そうした手順を用いて現実的に製作され得る最短共振器長は、６００μｍ程度である。機械的に劈開された端面の所定の位置にエッチング端面を用いることにより、より短い１００μｍ以下の共振器デバイスの形成が可能となり、短い共振器デバイスを製作できることにより、デバイス当たりの欠陥の確率が低下し、したがって歩留りがずっと高くなる。これらの短いレーザは、長い共振器デバイスよりも低い最大出力定格を有することができるが、レーザの大半は、低出力で十分であり、かつ最低コストおよび最低消費電力しか必要としない次世代ＤＶＤ再生専用用途に使用される。ＥＦＴによって可能になる特定の製作、集積化およびフルウェハ試験能力もまた、書込み可能な光ディスク用途に対する高出力ＧａＮレーザの製作に大きな利益をもたらす。
【００３０】
本発明について好ましい実施形態に関して説明してきたが、特許請求の範囲に記載の本発明の真の趣旨および範囲から逸脱することなく、変形および変更がなされ得ることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】レーザ端面が劈開される従来技術のレーザ製作プロセスを示す。
【図２】オンウェハ試験がレーザ端面のエッチングで可能となる従来技術のレーザ製作プロセスを示す。
【図３】ＧａＮのエッチング速度とＳｉＯ２マスクの浸食に対するＧａＮのエッチング選択比とに対する、一定イオンビーム電流密度および一定イオンビーム電圧でのＣＡＩＢＥにおける温度の効果を示すグラフである。
【図４】ＧａＮエッチング速度とＳｉＯ２マスクの浸食に対するＧａＮのエッチング選択比とに対する、一定温度および一定イオンビーム電流密度でのＣＡＩＢＥにおけるイオンビーム電圧の効果を示すグラフである。
【図５】ＣＡＩＢＥ中に使用された異なる傾斜角を有する基板の法線に対するＧａＮ端面の角度を示す。
【図６】本発明による、ＣＡＩＢＥにおいて３つのエッチングステップを用いて垂直端面を有する窒化物系リッジレーザを製作するプロセスを示す。
【図７】本発明による、ＣＡＩＢＥにおいて３つのエッチングステップを用いて垂直端面を有する窒化物系リッジレーザを製作するプロセスを示す。
【図８】本発明による、ＣＡＩＢＥにおいて３つのエッチングステップを用いて垂直端面を有する窒化物系リッジレーザを製作するプロセスを示す。
【図９】本発明による、ＣＡＩＢＥにおいて３つのエッチングステップを用いて垂直端面を有する窒化物系リッジレーザを製作するプロセスを示す。
【図１０】本発明による、ＣＡＩＢＥにおいて３つのエッチングステップを用いて垂直端面を有する窒化物系リッジレーザを製作するプロセスを示す。
【図１１】本発明による、ＣＡＩＢＥにおいて３つのエッチングステップを用いて垂直端面を有する窒化物系リッジレーザを製作するプロセスを示す。
【図１２】本発明による、ＣＡＩＢＥにおいて３つのエッチングステップを用いて垂直端面を有する窒化物系リッジレーザを製作するプロセスを示す。
【図１３】本発明による、ＣＡＩＢＥにおいて３つのエッチングステップを用いて垂直端面を有する窒化物系リッジレーザを製作するプロセスを示す。
【図１４】本発明による、ＣＡＩＢＥにおいて３つのエッチングステップを用いて垂直端面を有する窒化物系リッジレーザを製作するプロセスを示す。
【図１５】本発明による、ＣＡＩＢＥにおいて３つのエッチングステップを用いて垂直端面を有する窒化物系リッジレーザを製作するプロセスを示す。
【図１６】本発明による、ＣＡＩＢＥにおいて３つのエッチングステップを用いて垂直端面を有する窒化物系リッジレーザを製作するプロセスを示す。
【図１７】本発明による、ＣＡＩＢＥにおいて３つのエッチングステップを用いて垂直端面を有する窒化物系リッジレーザを製作するプロセスを示す。
【図１８】本発明による、ＣＡＩＢＥにおいて３つのエッチングステップを用いて垂直端面を有する窒化物系リッジレーザを製作するプロセスを示す。
【図１９】本発明のＥＦＴプロセスにしたがって製作された水平共振器型面発光レーザ（ＨＣＳＥＬ）の斜視図を示す。
【図２０】図１９のレーザの側面図である。
【図２１】単一チップ上にＨＣＳＥＬおよび受信検出器を一体化した図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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