(57)【要約】【課題】化合物半導体層の表面にできるだけ損傷を与えることなく、電極や配線等の導電パターン形成する方法を提供する。【解決手段】ＧａＡｓ基板１００上に下層レジスト層１０１を形成するステップと、下層レジスト層１０１にプラズマアッシングに耐性のある上層レジスト層１０２を形成するステップと、上層レジスト層１０２に開口パターン１０３を形成するステップと、開口パターン１０３をマスクにして下層レジスト層を酸素プラズマアッシングすることにより下層レジスト層に開口１０４を形成し、開口１０４からＧａＡｓ基板を露出させるステップと、基板全面に金属膜１０５を被着するステップと、リフトオフ処理により金属パターン１０６を形成するステップとを有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体層上に電極等の導電パターンを形成する方法であって、
前記化合物半導体層上に第１の有機物層を形成し、
前記第１の有機物層上にプラズマアッシングに耐性のある第２の層を形成し、
前記第２の層に第１の開口を含むパターンを形成し、
前記第１の開口を含むパターンをマスクにして前記第１の有機物層をプラズマアッシングすることにより前記第１の有機物層に第２の開口を形成し、該第２の開口から前記化合物半導体層を露出させ、
前記第２の層上および前記第２の開口により露出された化合物半導体層を含む領域上に導電性膜を被着し、
リフトオフ処理により前記化合物半導体層上に導電パターンを形成する、工程を含む導電パターンの形成方法。
【請求項２】
前記プラズマアッシングは酸素ラジカルを含む、請求項１に記載の導電パターンの形成方法。
【請求項３】
前記第１の有機物層はフォトレジスト層を含む、請求項１または２に記載の導電パターンの形成方法。
【請求項４】
前記形成方法はさらに、前記第１の有機物層を所定温度にてベーキングする工程を含む、請求項３に記載の導電パターンの形成方法。
【請求項５】
前記第２の層は、酸素ラジカルに耐性のあるシリコン含有レジストを含む、請求項１に記載の導電パターンの形成方法。
【請求項６】
前記第２の層は、無機膜を含む、請求項１に記載の導電パターンの形成方法。
【請求項７】
前記第１の有機物層の第２の開口は、前記第２の層の第１の開口に対してアンダーカットされた形状にプラズマアッシング加工される、請求項１ないし６いずれかに記載の導電パターンの形成方法。
【請求項８】
前記化合物半導体層は、化合物半導体基板を含む、請求項１ないし７いずれかに記載の導電パターンの形成方法。
【請求項９】
前記化合物半導体層は、ＧａＡｓを含む、請求項１ないし８いずれかに記載の導電パターンの形成方法。
【請求項１０】
化合物半導体層上に導電パターンを形成する方法であって、
前記化合物半導体層上に第１の有機物層を形成し、
前記第１の有機物層上に無機物層を形成し、
前記無機物層上に第２の有機物層を形成し、
前記第２の有機物層に第１の開口を含む第１のパターンを形成し、
前記第１の開口を含む第１のパターンをマスクに前記無機物層をエッチングして第２の開口を含む第２のパターンを形成し、
前記第２の開口を含む第２のパターンをマスクにして前記第１の有機物層をプラズマアッシングすることにより前記第１の有機物層に第３の開口を形成し、該第３の開口から前記化合物半導体層を露出させ、
前記第２の有機物層上および前記第３の開口により露出された化合物半導体層を含む領域上に導電性膜を被着し、
リフトオフ処理により前記化合物半導体層上に導電パターンを形成する、工程を含む導電パターンの形成方法。
【請求項１１】
前記第１、第２の有機物層はフォトレジストを含む、請求項１０に記載の導電パターンの形成方法。
【請求項１２】
前記無機物層は、インジウムティンオキサイド膜（ＩＴＯ）またはＳＩＯ膜を含む、請求項１０に記載の導電パターンの形成方法。
【請求項１３】
前記プラズマアッシングは、酸素ラジカルを含む、請求項１０ないし１２いずれかに記載の導電パターンの形成方法。
【請求項１４】
前記第１の有機物層の第３の開口は、前記無機物層の第２の開口に対してアンダーカットされた形状に加工される、請求項１０ないし１３いずれかに記載の導電パターンの形成方法。
【請求項１５】
基板上に、第１導電型の第１の半導体ミラー層、前記第１の半導体ミラー層上の電流狭窄層、前記第１の半導体ミラー層上の活性領域、前記活性領域上の第２導電型の第２の半導体ミラー層、前記第２の半導体ミラー層上の化合物半導体層を含むコンタクト層を含む面発光型半導体レーザであって、
前記コンタクト層上に形成される導電パターンは、請求項１ないし１４いずれかに記載の導電パターンの形成方法により形成される、面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項１６】
前記面発光型半導体レーザは、少なくとも前記コンタクト層から前記電流狭窄層に至るまでメサ構造を形成し、前記電流狭窄層は前記メサ構造の側面から一部の領域を選択酸化される、請求項１５に記載の面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項１７】
前記導電パターンは、前記コンタクト層にオーミック接続される電極である、請求項１５または１６に記載の面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項１８】
前記導電パターンは、環状にパターン形成され、その内径がレーザの出射窓を規定する、請求項１５ないし１７いずれかに記載の面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項１９】
基板と、該基板上に形成された第１導電型の半導体層を含む第１のミラーと、前記基板上に形成された第２導電型の半導体層を含む第２のミラーと、前記第１、第２のミラーの間に配された活性領域と、前記第１、第２のミラーの間に配された電流狭窄部と、前記第２のミラー上に形成された化合物半導体層と、前記化合物半導体層上に形成された電極とを含み、
前記電極が請求項１ないし１４いずれかに記載の導電パターンの形成方法によって形成される、面発光型半導体レーザ。
【請求項２０】
基板と、該基板上に形成された第１導電型の半導体層を含む第１のミラーと、前記基板上に形成された第２導電型の半導体層を含む第２のミラーと、前記第１、第２のミラーの間に配された活性領域と、前記第１、第２のミラーの間に配された電流狭窄部と、前記第２のミラー上に形成された化合物半導体層と、前記化合物半導体層上に形成された電極とを含み、
前記電極の少なくとも周縁部の化合物半導体層の表面の粗さが５ｎｍ以下である、面発光型半導体レーザ。
【請求項２１】
前記化合物半導体層は、第２導電型のＧａＡｓ層を含む、請求項１９または２０に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項２２】
前記化合物半導体層の表面の粗さは、５ｎｍ以下である、請求項１９ないし２１いずれかに記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項２３】
前記電極は、前記コンタクト層上に環状にパターン形成され、環状パターンの内径がレーザ光の出射窓を規定する、請求項１９ないし２２いずれかに記載の面発光型半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化合物半導体層上に電極等の導電パターンを形成する方法に関し、特に、リフトオフ法によって微細な電極パターンを形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信や光記録等の技術分野において、光源の二次元アレイ化が容易な面発光型半導体レーザ（垂直共振器型表面発光レーザ：Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode）への需要が増加している。面発光半導体レーザ素子）は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ等の化合物半導体層を用いて形成され、その製造過程において、所望の形状寸法を持つ電極や配線を形成するためにリフトオフが用いられる。
【０００３】
例えば、特許文献１では、図１０に示すように下層レジスト層１３上に表面レジスト層１５を形成し、これら２層のレジスト層のパターン形成をした後、表面レジスト層１５を不溶化させ、下層レジスト層１３を溶解させて表面レジスト層１５ｎに対してアンダーカットを形成し、その後に導電性膜２０を形成しリフトオフ処理を行う技術を開示している。このようなアンダーカットを形成することで、リフトオフ要する時間を短縮し、導電性膜２０の外周にバリの発生を抑制するものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１５４７０７号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に示すようなリフトオフによるパターン形成には次のような課題がある。面発光型半導体レーザ素子のように化合物半導体層上に電極や金属配線のパターンを形成する場合に、下層レジストへのアンダーカットの形成に際してアルカリ現像液が用いられると、アルカリ現像液が露出された化合物半導体層に接触し、その表面をエッチングしてしまう。ＧａＡｓなどの化合物半導体層では、その表面が化学的に弱いため、エッチングが顕著に行われてしまい、エッチングによる表面ダメージがデバイスの寿命を劣化させたり、性能に悪影響を及ぼしてしまう。さらに、面発光型体レーザでは、ＧａＡｓ等のコンタクト層上にｐ側電極を形成し、これによりレーザ出射窓を規定するが、コンタクト層の表面部分がエッチングされてしまうと、レーザ光の光学的な特性にも悪影響を及ぼしてしまう。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決し、化合物半導体層の表面の損傷をできるだけ抑制して電極や配線等の導電パターン形成することが可能な方法を提供することを目的とする。
さらに本発明は、化合物半導体層上に電極や配線等の導電パターンを精度よくリフトオフにより形成することが導電パターンの形成方法を提供することを目的とする。
さらに本発明は、これらの導電パターンの形成方法を用いた面発光型半導体レーザの製造及びその製造方法を提供することを目的とする。
さらに本発明は、レーザ光の光学的特性への悪影響を抑制し、素子寿命を改善する面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の化合物半導体層上に導電パターンを形成する方法は、以下のステップを有する。化合物半導体層上に第１の有機物層を形成するステップと、前記第１の有機物層上にプラズマアッシングに耐性のある第２の層を形成するステップと、前記第２の層に第１の開口を含むパターンを形成するステップと、前記第１の開口を含むパターンをマスクにして前記第１の有機物層をプラズマアッシングすることにより前記第１の有機物層に第２の開口を形成し、該第２の開口から前記化合物半導体層を露出させるステップと、前記第２の層上および前記第２の開口により露出された化合物半導体層上に導電性膜を被着するステップと、リフトオフ処理により化合物半導体層上に導電パターンを形成するステップとを有する。これにより、化合物半導体層の表面がアルカリ現像液等の溶液に接触されることがなくなるため、その表面のエッチングが抑制され、エッチングによる表面ダメージを防止することができる。
【０００８】
請求項１０に記載の化合物半導体層上に導電パターンを形成する方法は、以下のステップを有する。前記化合物半導体層上に第１の有機物層を形成するステップと、前記第１の有機物層上に無機物層を形成するステップと、前記無機物層上に第２の有機物層を形成するステップと、前記第２の有機物層に第１の開口を含む第１のパターンを形成するステップと、前記第１のパターンをマスクに前記無機物層をエッチングして第２の開口を含む第２のパターンを形成するステップと、前記第２の開口を含む第２のパターンをマスクにして前記第１の有機物層をプラズマアッシングすることにより前記第１の有機物層に第３の開口を形成し、該第３の開口から前記化合物半導体層を露出させるステップと、前記第２の有機物層上および記第３の開口により露出された化合物半導体層を含む領域上に導電性膜を被着するステップと、リフトオフ処理により前記化合物半導体層上に導電パターンを形成するステップとを含む。これにより、化合物半導体層表面がエッチングによるダメージから極力防止することができ、そのような表面上に所望の電極や配線等のパターンを得ることができる。
【０００９】
好ましい第１の方法は、ＧａＡｓ基板（またはＧａＡｓ層）上にレジストを塗布し、下層の有機物層として下層レジスト層を形成する。その後、ベーク処理等を施すことにより現像液に不溶な下層レジスト層を形成する。続いて、酸素プラズマに耐性のあるレジストを形成し、上層レジスト層とする。上層レジスト層をリソグラフィ技術よって所望のマスクパターンにより上層レジスト層のパターニングを行う。続いて、酸素プラズマエッチング装置を用いて、上層レジスト層のパターンをマスクに利用して露出された下層レジスト層を酸素プラズマでアッシング処理し、パターンニングする。適当な時間の酸素プラズマアッシング処理を施すことによって、上層レジスト層に形成されたパターンと同様なパターンが下層レジスト層に形成される。その後、金属等の導電性膜を全面に被着させる。最後に、下層レジスト層のリフトオフ処理を行うことによって、基板表面に電極や金属配線等を形成する。
【００１０】
好ましい第２の方法は、ＧａＡｓ基板（またはＧａＡｓ層）上にレジストを塗布し、下層の有機物層として下層レジスト層を形成する。その後、ベーク処理などによって下層レジスト層を固化させる。続いて、酸素プラズマに耐性のある無機膜を全面に形成する。更に、その上にレジストを塗布し、上層レジスト層を形成する。上層レジスト層をリソグラフィ技術により所望のマスクパターンを用いてパターニングする。続いて、エッチャントを用いて、上層レジスト層のパターンをマスクに利用して無機膜をパターニングする。パターニングされた無機膜をマスクとして下層レジスト層を酸素プラズマでアッシング処理する。適当な時間の酸素プラズマアッシング処理を施すことによって、上層レジスト層に形成されたパターンと同じパターン若しくはそれよりもアンダーカットされたパターンが下層レジスト層に形成される。その後、金属等の導電性膜を全面に被着させる。最後に、下層レジスト層をリフトオフ処理することによって、基板表面に金属電極や金属配線を形成する。
【００１１】
本発明のプロセスを用いてＧａＡｓ等の化合物半導体層（基板を含む）の表面に金属や配線等の導電パターンを形成することで、プロセス中に化合物半導体層の表面がアルカリ現像液等が直接晒されることがなくなり、化学的に弱いＧａＡｓなどの表面においても、基板表面が削られることなく金属配線や電極を形成することができる。
【００１２】
本発明のプロセスは、好ましくは面発光型半導体レーザの製造方法に適用することができる。その製造方法は、請求項１５に記載のように以下のステップを含む。基板上に、第１導電型の第１の半導体ミラー層、前記第１の半導体ミラー層上の電流狭窄層、前記第１の半導体ミラー層上の活性領域、前記活性領域上の第２導電型の第２の半導体ミラー層、前記第２の半導体ミラー層上の化合物半導体層を含むコンタクト層を形成するステップと、前記コンタクト層上にレジスト層（第１の有機物層）を形成するステップと、前記レジスト層上にプラズマアッシングに耐性のある上部層（第２の層）を形成するステップと、前記上部層に第１の開口を含むパターンを形成するステップと、前記第１の開口を含むパターンをマスクにして前記レジスト層をプラズマアッシングすることにより前記レジストに第２の開口を形成し、該第２の開口から前記コンタクト層を露出させるステップと、前記上部層上および前記第２の開口により露出されたコンタクト層上に導電性膜を被着するステップと、前記レジスト層をリフトオフ処理し、前記コンタクト層上に導電性電極パターンを形成するステップとを有する。これにより、コンタクト層表面へのダメージが極力抑制され、レーザ光の出射特性に悪影響が生じるのを抑制することができる。
【００１３】
好ましくは、製造方法はさらに、少なくとも前記コンタクト層から前記電流狭窄層に至るまでメサ構造を形成するステップと、前記電流狭窄層を前記メサ構造の側面から一部の領域を選択酸化させるステップとを含む。このようなメサ構造を有する面発光型半導体レーザに適用することができる。
【００１４】
請求項１９に記載の面発光型半導体レーザは、基板と、該基板上に形成された第１導電型の半導体層を含む第１のミラーと、前記基板上に形成された第２導電型の半導体層を含む第２のミラーと、前記第１、第２のミラーの間に配された活性領域と、前記第１、第２のミラーの間に配された電流狭窄部と、前記第２のミラー上に形成された化合物半導体層と、前記化合物半導体層上に形成された電極とを含み、この電極は上述した導電パターンの形成方法によって形成される。また、請求項２０に記載の面発光型半導体レーザは、電極周縁部の化合物半導体層の表面粗さが５ｎｍ以下である。これは、化合物半導体層の表面がアルカリ現像液等に晒されてエッチングされないためである。従来のようにアルカリ現像液を用いてレジストに開口を形成すると、化合物半導体層の表面がエッチングされ、その部分が５ｎｍ以上の深さに削られてしまう。従って、本発明に係る面発光型半導体レーザは、従来と比較して、表面の粗さ、すなわち表面をより平坦にすることで、面発光型半導体レーザの性能や光学的特性の劣化を抑制することができる。
【００１５】
好ましくは化合物半導体層は、第２導電型のＧａＡｓ層を含む。さらに好ましくは、金属電極は、化合物半導体層上にプラズマアッシングによりパターン形成されたレジスト層をリフトオフすることにより形成されるものである。
【００１６】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１に本発明の第１の実施の形態に係る化合物半導体層上への電極の形成方法の工程を示す。
【００１７】
同図において、ＧａＡｓ基板１００上に、レジストを塗布する。レジストの膜厚を１．０〜２．０μｍとし下層レジスト層１０１を形成する。その後、適当な温度、例えば１３０度で下層レジスト層１０１のベーク処理を施す。このベーク処理によってレジストは現像液に不溶となり、現像液に耐性のあるレジスト層が形成される。
【００１８】
続いて、下層レジスト層１０１上に酸素プラズマに耐性のあるレジストを塗布する。例えば、シリコン含有レジスト（富士写真フィルムアーチ社製：ＦＨ−ＳＰ）を用いることができる。レジストの膜厚を１μｍ程度とし、上層レジスト層１０２を形成する。
【００１９】
上層レジスト層１０２に、例えば９０度でプリベーク処理を行い、所望のマスクパターンを用いて露光処理を行う。次に、アルカリ現像液を用いて現像処理を施し、図１(ｂ)に示すように、上層レジスト層１０２に開口１０３を含むパターン（以下、開口パターン）を形成する。
【００２０】
引き続き、図１(ｃ)に示すように、酸素プラズマエッチング装置を用いて、上層レジスト層１０２の開口パターンをマスクとして利用し、露出された下層レジスト層１０１を酸素プラズマによりアッシングし、その部分を除去する。アッシングの処理時間を適宜選択し、上層レジスト層１０２に形成された開口パターン１０３と同様の開口パターン１０４が下層レジスト層１０１に形成される。このとき、上層レジスト層１０２は、酸素プラズマに対して耐性を有しているために殆ど除去されない。また、下層レジスト層１０１に形成された開口パターン１０４は、酸素プラズマアッシングにより横方向に除去され、上層レジスト層１０２に対してアンダーカットされた構造に加工される。アンダーカット量Ｓ１は、おおよそ１μｍである。
【００２１】
図１(ｄ)に示すように、上層レジスト層１０２および開口パターン１０４によって露出された基板を含む領域上に金属膜が蒸着される。このとき、開口パターン１０４は上層レジスト層１０２に対してアンダーカットされた構造となっているため、開口パターン１０４内に金属膜１０６が好ましく形成される。
【００２２】
図１(ｅ)に示すように、下層レジスト層１０１および上層レジスト層１０２を溶融等により除去し、リフトオフ処理をすることで、基板１００の表面に電極や配線パターン等の導電パターン１０６が形成される。
【００２３】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。図２は第２の実施の形態に係る電極の形成方法の工程を示す図である。同図(ａ)に示すように、ＧａＡｓ基板２００上にレジストを塗布し、その膜厚１．０〜２．０μｍ程度の下層レジスト層２０１を形成する。その後、適当な温度で下層レジスト層２０１をベーク処理する。続いて、酸素プラズマに耐性のある無機膜（例えばＩＴＯ膜）を塗布し、その膜厚が１μｍ程度の無機膜２０２を全面に着膜させる。更に無機膜２０２上にレジストを塗布し、膜厚1μｍ程度の上層レジスト層２０３を形成し、上層レジスト層２０３をプリベーク処理する。
【００２４】
図２(ｂ)に示すように、上層レジスト層２０３に対して所望のマスクパターンを用いて露光処理を行い、開口パターン２０４を形成し、その後、ポストベーク処理を施す。
【００２５】
次に、図２(ｃ)に示すように、上層レジスト層２０３の開口パターン２０４をマスクとして塩酸などのエッチャントを用い、無機膜２０２をエッチングする。そして、上層レジスト層２０３によって露出された部分を除去し、開口パターン２０５を形成する。
【００２６】
続いて、酸素プラズマエッチング装置を用いて、無機膜２０２の開口パターン２０５をマスクとし、下層レジスト層２０１を酸素プラズマによりアッシング処理を施す。無機膜２０２は、酸素プラズマ若しくは酸素ラジカルに対して耐性を有するためアッシングによって除去されることは殆どない。適当な時間の酸素プラズマアッシング処理を施すことによって、無機膜２０２に形成された開口パターン２０５と同様の開口パターン２０６が下層レジスト層２０１に形成され、適度のアンダーカット構造に加工される。本例では、下層レジスト層２０１の横方向へのアンダーカット量Ｓ２は、おおよそ１μｍである。
【００２７】
次に、図２(ｅ)に示すように、基板の全面に金属膜２０７を蒸着させる。金属２０７は、上層レジスト層２０３上に被着されるとともに、下層レジスト層２０１の開口２０６によって露出された基板２００上に形成される。
【００２８】
最後に、図２(ｄ)に示すように、下層レジスト層２０１を溶融等することによりリフトオフ処理をし、レジスト層および無機膜が除去され、基板２００の表面に金属パターン２０８が形成される。
【００２９】
このように、上記図１および図２に示すプロセスによって金属パターンをリフトオフにより形成すると、基板表面が現像液に晒されてそれによって削られることがなく、基板表面を平坦に維持しつつ所望の金属配線や電極等のパターンを形成することができる。これにより、良好な特性を持つデバイスを作製することができる。
【００３０】
次に、上記図１に示すプロセスを面発光型半導体レーザの製造工程に適用した例を説明する。図３は、面発光型半導体レーザの構成を示す断面図であり、図４ないし図９はこれを製造するための工程を示す図である。
【００３１】
本実施の形態に係る面発光レーザ２０は、円筒状のメサ構造（あるいはポスト構造、ピラー構造）から成るレーザ素子部２１を備えた選択酸化型の面発光型半導体レーザである。同図に示す面発光レーザ２０は、レーザ素子部あるいはメサ構造２１上に塗布される保護膜や、金属コンタクト層から延在されるボンディングパッド部等の記載は省略されている。
【００３２】
同図において、１はｎ型のＧａＡｓ基板、２は基板上に形成されたｎ型ＧａＡｓバッファ層、３はｎ型の下部ＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector)層、７は下部ＤＢＲ層３上に形成された活性領域である。活性領域７は、アンドープの下部スペーサ層４とアンドープの量子井戸層５とアンドープの上部スペーサ層６の積層体よりなる。８は活性領域７上に形成された電流狭窄層であり、電流狭窄層８は、その中央部に円形状の開口を規定するＡｌＡｓ部８ａとその周囲にＡｌＡｓ酸化物領域８ｂとを含む。酸化物領域８ｂは、そこを通る電流と光を狭窄するものである。９は電流狭窄層８上に形成されたｐ型の上部ＤＢＲ層、１０は上部ＤＢＲ層上に形成されたｐ型のＧａＡｓコンタクト層、１１はコンタクト層１０上に形成され出射窓１１ａを規定する環状のｐ側コンタクト電極、１２はコンタクト電極１１上に形成された出射保護膜、１３はメサ構造の上面の縁部、側面およびメサ底部を覆う層間絶縁膜、１４は層間絶縁膜１３上に形成されコンタクトホール１３ａを介してコンタクト電極１１に接続されたｐ側配線電極、１５は基板裏面に形成されたｎ側電極である。
【００３３】
出射窓１１ａは円形状を有し、この中心は基板に垂直方向にかつメサ構造１０１の中心を延びる光軸とほぼ一致する。上述の電流狭窄層８のＡｌＡｓ部８ａの中心もほぼ光軸と一致する。つまり、ＡｌＡｓ部８ａと出射窓１１ａとは互いに整合された位置にある。
【００３４】
次に、面発光型半導体レーザ２０の製造方法について説明する。図４（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法等により基板１上に半導体膜を形成する。ｎ型ＧａＡｓ基板1上にｎ型ＧａＡｓバッファ層２と下部ＤＢＲ層３と、アンドープのＡｌ0.6Ｇ0.4Ａｓからなる下部スペーサ層４、アンドープのＧａＡｓ量子井戸層およびアンドープのＡｌ0.3Ｇ0.7Ａｓ障壁層からなる量子井戸活性層５、ならびにアンドープのＡｌ0.6Ｇ0.4Ａｓからなる上部スペーサ層６を含む活性領域７と、上部ＤＢＲ層９とｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０とを順次積層する。
【００３５】
下部ＤＢＲ層３は、Ａｌ0.9Ｇ0.1Ａｓとｎ型のＡｌ0.15Ｇ0.85Ａｓとを各々厚さλ／（４ｎｒ）（λ：発振波長、ｎｒ：媒質の屈折率）ずつ交互に３５．５周期積層する。シリコンをドーパントとしたキャリア濃度は、２×１０１８ｃｍ−３である。他方、上部ＤＢＲ層９は、ｐ型のＡｌ0.9Ｇ0.1Ａｓとｐ型のＡｌ0.15Ｇ0.85Ａｓとを各々厚さλ／（４ｎｒ）（λ：発振波長、ｎｒ：媒質の屈折率）ずつ交互に23周期積層して形成し、カーボンをドーパントとしたキャリア濃度は、２×１０１８ｃｍ−３である。
【００３６】
上部ＤＢＲ層９内の最下層にはｐ型のＡｌ0.9Ｇ0.1Ａｓの代わりにコントロール層としてのｐ型のＡｌＡｓ層８を形成している。ＡｌＡｓ層８は、厚さλ／（４ｎｒ）で、カーボンをドーパントとしたキャリア濃度は２×１０１８ｃｍ−３である。なお、素子の直列抵抗を下げるため、下部ＤＢＲ層３と上部ＤＢＲ層８のＡｌ0.9Ｇ0.1Ａｓ層とＡｌ0.15Ｇ0.85Ａｓ層との間には、その中間のアルミ組成比を有する遷移領域を形成するようにしても良い。p型のＧａＡｓコンタクト層１０の膜厚は２０ｎｍでキャリア濃度は１×１０２０ｍ−３である。
【００３７】
図４(ｂ)に示すように、コンタクト層１０上に、膜厚が１．０〜２．０μｍの下層レジスト層１０１を形成し、適当な温度、例えば１３０度で下層レジスト層１０１のベーク処理を施し、下層レジスト層１０１を現像液に不溶化とさせる。
【００３８】
下層レジスト層１０１上に、１μｍ程度の膜厚のシリコン含有レジストからなる上層レジスト層１０２を形成し、上層レジスト層１０２をプリベーク処理する。その後、上層レジスト層１０２を所望のマスクパターンにより露光処理し、アルカリ現像液を用いて現像処理を施すことによって、図４(ｃ)に示すように、上層レジスト層１０２にパターニングを行い、開口パターン１０３を形成する。このとき、下層レジスト層１０１は、アルカリ現像液に対して不溶化であるため溶解されない。そして、ポストベーク処理を施す。
【００３９】
図５(ｄ)に示すように、酸素プラズマエッチング装置を用いて、上層レジスト層１０２のパターンをマスクとして利用し、露出された下層レジスト層１０１を酸素プラズマによりアッシングし、下層レジスト層１０１にアンダーカット構造の開口パターン１０４が形成される。上層レジスト層１０２は、シリコン含有レジストであり、酸素プラズマに対して耐性を有しているために殆ど除去されない。
【００４０】
図５(ｅ)に示すように、上部レジスト層１０２および開口パターン１０４によって露出されたコンタクト層１０を含む領域上に金属膜１０５が順次被着される。このとき、第２の開口パターン１０４はアンダーカット構造となっているため、第２の開口パターン１０４内に金属パターン１０５が形成される。
【００４１】
図５(ｆ)に示すように、下層レジスト層１０１をリフトオフ処理し、コンタクト層１０の表面に開口パターン１０４を反転したパターン形状を有するコンタクト電極１１が形成される。ｐ側コンタクト電極１１は環状であり、その内径がレーザ光の出射窓１１ａを規定する。電極材料として、例えばＡｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｉｎ、ＷおよびＩＴＯから選択される少なくとも１種類以上の金属材料を用いることができる。
【００４２】
図６（ｇ）に示すように、ｐ側コンタクト電極１１を含むコンタクト層１０上に、ＰＣＶＤ（プラズマ支援化学気相成長法）により出射保護膜１２を形成する。出射保護膜１２として酸窒化珪素膜（ＳＩＯＮ）を２５０ｎｍ着膜する。
【００４３】
図６（ｈ）に示すように、フォトリソグラフィーによりレジストをパターニングし、レジストによって覆われていない領域の出射保護膜１２を取り除く。そして、レジストを剥離し、パターンニングされた出射保護膜１２をコンタクト電極１１上に形成する。
【００４４】
図６（ｉ）に示すように、コンタクト電極１１および出射保護膜１２を含むコンタクト層１０上に、ＰＣＶＤによりメサ形成用のマスク１６として窒化珪素膜を８２０ｎｍ着膜させる。
【００４５】
図７（ｊ）に示すように、フォトリソグラフィーによりレジストをパターニングし、レジストによって覆われていないメサ形成用マスク１６を取り除き、メサ形成用マスク１６を所定形状に加工する。
【００４６】
図７（ｋ）に示すように、メサ形成用マスク１６をエッチングマスクとして、下部ＤＢＲ層３の一部が露出されるまで、三塩化ホウ素および塩素を用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により半導体層をエッチングし、メサ構造を形成する。
【００４７】
図７（ｌ）に示すように、水蒸気を導入したウエット酸化炉を使用して、ＡｌＡｓ層８を３６０℃で加熱することで、ＡｌＡｓ層８がメサ構造の側面から一部を選択的に酸化され、酸化領域８ｂが形成される。
【００４８】
図８（ｍ）に示すように、メサ構造の上面、側面およびメサ底部を覆うように層間絶縁膜１３を形成する。層間絶縁膜１３は、ＰＣＶＤにより８００ｎｍの厚さに着膜される。
【００４９】
図８（ｎ）に示すように、フォトリソグラフィーによりレジストをパターニングし、エッチングに選択性のある原料ガス（ＳＦ６＋Ｏ２）を使用したドライエッチングにより層間絶縁膜を除去し、出射保護膜１２の全面を露出させるとともに、メサ形成用マスク１６の一部を除去し、p側コンタクト電極１１の一部を露出させるコンタクトホール１３ａを形成する。その後、レジストを剥離する。
【００５０】
図８（ｏ）に示すように、フォトリソグラフィーによりレジストをパターニングし、次いで配線電極の材料（例えばＴｉ／Ａｕの積層金属）を蒸着後、リフトオフにより所定の位置に配線電極１４を形成する。配線電極１４は、メサの上面の中央部においてコンタクト電極１１によって規制される出射窓１１ａよりも一回り大きいサイズに削除され、かつ、コンタクトホール１３ａを介してコンタクト電極１１に接続される。
【００５１】
研磨装置を使用して、n型ＧａＡｓ基板１の裏面側から厚さ２００ｍｍまで基板を研磨する。図９(ｐ)に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面にｎ側電極の材料を蒸着することでｎ側電極１５を形成する。電極の材料は、例えばＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕの金属を用いることができる。
【００５２】
このようにして、ＧａＡｓのコンタクト層１０上に、ｐ側コンタクト電極１１を所望の形状に形成することができ、コンタクト電極１１およびその周辺においてコンタクト層１０の表面が現像液によって削り取られることを防止することができる。これにより、レーザ光が出射される出射窓のダメージを極力なくし、レーザ光の出力特性を安定化させ、信頼性の高い面発光型半導体レーザを提供することができる。
【００５３】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５４】
例えば、上記実施の態様では、ＧａＡｓ基板およびＧａＡｓ半導体層上に金属パターンを形成する例を示したが、他の材料の化合物半導体基板や化合物半導体層にも適用することができる。電極を形成する材質も上記実施の態様に限定されることなく他の導電性金属材料を用いることが可能である。
【００５５】
上記実施の態様ではプラズマアッシングに酸素プラズマ（酸素ラジカル）を例にしたが、これに他の荷電粒子や紫外光を加えても良い。さらに上記実施の形態では、２層レジスト構造および２層レジスト構造に無機膜を介在させる構造を例示したが、要は、それらの層はプラズマアッシングに対して耐性のある層と耐性のない層とを組み合わせるものであれば良い。あるいは、これらの層は、プラズマアッシングの処理において選択性のある層と選択性のない層とを組み合わせるものであっても良い。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、化合物半導体層上に導電パターンを形成するに際して、プラズマアッシングにより化合物半導体層上に開口パターンを形成するようにしたので、従来のように化合物半導体層が現像液によって削れたり、損傷を受けることがなくなり、化合物半導体層の表面を平坦にかつ高清浄に維持しつつ所望の導電パターンをその表面上に形成することができる。本発明のプロセスを化合物半導体装置としての面発光型半導体レーザの製造方法に適用することで、化合物半導体層上に形成されるコンタクト電極を所望の形状に加工することができ、化合物半導体層の表面に極力ダメージを与えることがなくなり、その結果、レーザ光の動作も安定化され、信頼性を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電極等の金属パターンを形成するための工程を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る電極等の金属パターンを形成するための工程を示す図である。
【図３】面発光型半導体レーザの構成を示す断面図である。
【図４】図４(ａ)ないし（ｃ）は、第３の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図５】図５(ｄ)ないし（ｆ）は、第３の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図６】図６(ｇ)ないし（ｉ）は、第３の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図７】図７（ｊ）ないし（ｌ）は、第３の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図８】図８(ｍ)ないし（ｏ）は、第３の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図９】図９(ｐ)は、第３の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図１０】図１０は、従来の電極等の導電パターンの形成方法を示す図である。
【符号の説明】
１：ｎ型ＧａＡｓ基板、２：バッファ層、３下部ＤＢＲ層、４：下部スペーサ層、５：量子井戸層、６：上部スペーサ層、７：活性領域、８：電流狭窄層、
８ａ：ＡｌＡｓ領域、８ｂ：酸化領域、９：上部ＤＢＲ層、
１０：ｐ型コンタクト層、１１：コンタクト電極、１１ａ：出射窓、
１２：出射窓保護膜、１３：層間絶縁膜、１４：配線電極、１５：ｎ側電極、
１００：ＧａＡｓ基板、１０１、２０１：下層レジスト層、
１０２、２０３：上層レジスト層、２０２：無機膜、
１０５、２０７：金属膜、１０６、２０８：金属パターン、
１０４、１０５、２０４、２０５、２０６：開口パターン
【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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