(57)【要約】  フォトニックデバイスが、エピタキシャル構造を組み込み、そのエピタキシャル構造は、活性領域を有し、その活性領域の上方に、ただしその活性領域に近接して湿式エッチストップ層を含む。エッチングによるファセットリッジレーザが、乾式エッチすることにより、次いで湿式エッチすることにより、エピタキシャル構造上に製作される。乾式エッチは、リッジを形成するのに必要な深さに達する前に止まるように設計される。湿式エッチは、リッジの形成を完了させ、湿式エッチストップ層で止まる。【選択図】図５
2010512659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上にある、活性層および湿式エッチストップ層を含む少なくとも第１のエピタキシャル半導体構造と、
前記ストップ層のところに底面を有する、前記構造内に形成されたエッチングによるリッジと、
前記構造内に製作された少なくとも第１のエッチングによるファセットと、
前記構造上にある少なくとも第１の電極と
を備えるフォトニックデバイス。
【請求項２】
前記エッチストップ層が、ＧａＩｎＡｓＰからなるエピタキシャル堆積された層である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記エッチングによるリッジが、一部乾式エッチされ、一部湿式エッチされる、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記基板がＩｎＰである、請求項２に記載のデバイス。
【請求項５】
レーザである、請求項２に記載のデバイス。
【請求項６】
前記湿式エッチストップ層が、前記活性層の上方に、かつ前記活性層に近接して配置される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記エピタキシャル半導体構造が、
前記基板上にある下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上にある活性層と、
前記活性層上にある第１の上部クラッド層と、
前記第１の上部クラッド層上にある湿式エッチストップ層と、
前記湿式エッチストップ層上にある第２の上部クラッド層と、
前記上部クラッド層上にあるコンタクト層と
を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記エピタキシャル半導体構造が更に、
前記リッジの前記底面のところで前記リッジを取り囲み、前記エッチングによるファセットまで広がるエッチフロアと、
前記エッチフロア上の、前記エッチングによるファセットに隣接する壁部であって、それにより、前記底面のところよりも前記エッチングによるファセットのところの方が前記リッジが浅くなる、壁部と
を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
基板上に、活性層を組み込むエピタキシャル半導体構造を形成するステップと、
前記エピタキシャル構造内の前記活性層の上方に、湿式エッチストップ層を形成するステップと、
前記構造を乾式エッチして、少なくとも１つのファセットを有するレーザを形成するステップと、
前記構造を乾式エッチして、前記レーザ用のリッジを一部形成するステップと、
前記構造を湿式エッチして、前記リッジの形成を完了するステップと、
前記レーザおよび前記ファセットを、保護共形層で覆うステップと、
前記保護層内にコンタクトウィンドウを開けるステップと、
金属層を堆積させて、前記ウィンドウを覆い、前記レーザに電気的に接触させるステップと
を含む、フォトニックデバイスを製作するためのプロセス。
【請求項１０】
エピタキシャル構造を形成するステップが更に、
前記基板上の前記活性層の下に、下部クラッド層を堆積させるステップと、
前記活性層上に上部クラッド層を堆積させるステップであって、前記湿式エッチストップ層が前記上部クラッド層内に組み込まれるステップと
を含む、請求項９に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記エピタキシャル構造を形成するステップが更に、前記上部クラッド層上にコンタクト層を堆積させるステップを含む、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記湿式エッチストップ層を形成するステップが、
前記活性領域上に前記上部クラッド層を一部堆積させるステップと、
前記湿式エッチストップ層を堆積させるステップと、
その後、前記湿式エッチ領域上に前記上部クラッド層の残りを堆積させるステップと
を含む、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記構造を湿式エッチする前記ステップが、前記リッジを、前記ファセットから離れたところよりも、前記ファセットのところ、またはその付近の方が短くなるように形成するステップを含む、請求項９に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、エッチングされたファセットフォトニックデバイス（etched facet photonic device）に関し、より詳細には、２００６年２月１７日出願の「High Reliability Etched Facet Photonic Devices」（代理人の整理番号ＢＩＮ２０）という名称の、本願の譲受人に譲渡された、同時係属の米国特許出願第１１／３５６，２０３号に開示されているタイプの改善されたエッチングされたファセットリッジレーザデバイス、およびそのようなデバイスを製作するためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザは典型的に、基板上に適切な層状半導体材料を有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシ（ＭＢＥ）によって成長させて、基板表面に平行な活性層を有するエピタキシ構造を形成することにより、ウェーハ上に製作される。次いで、ウェーハが、活性層と、半導体材料に取り付けられた金属コンタクトとを組み込んだレーザ光共振器をもたらすように、さまざまな半導体処理ツールで処理される。レーザミラーファセットが典型的に、レーザ共振器の両端部に、半導体材料をその結晶構造に沿ってへき開してレーザ光共振器の端面、すなわち端部を画定することにより形成され、したがって、コンタクト両端間にバイアス電圧が印加されると、活性層を通る電流の流れが結果として生じることにより、光子が活性層のファセット化された端面から外に、電流の流れに垂直な方向に放出される。しかし、大部分の半導体デバイスの場合、前述のへき開プロセスは、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ので不正確である。一部の材料では、例えば、へき開中に生じる微小な摂動が、破断界面をあるへき開面から別のへき開面に方向変更させ得るほどの鋭角で互いに配向する、ほぼ等しい強度のへき開面がある場合がある。更に、へき開プロセスでは、テスト中に取り扱いにくい脆弱なバーおよび極小のチップが形成される。更に、機械的へき開は、例えば、チップ上への構成要素のモノリシック集積化を行うのに必要となるような、個々のチップの後の処理と適合しない傾向がある。というのも、完全に機能するレーザを得るには、ウェーハを物理的に破断しなければならず、ウェーハは、へき開された後に典型的に小片をなし、したがって、従来のリソグラフィ技術を、レーザの更なる処理に容易に使用することができないためである。
【０００３】
へき開したファセットの使用によって生じる前述の難点および他の難点があることから、半導体レーザのミラーファセットをエッチングによって形成するためのプロセスの開発に至った。例えば米国特許第４，８５１，３６８号に記載されているこのプロセスは、レーザを他のフォトニックデバイスと一緒に同一基板上にモノリシックに集積することも可能にするものである。この特許に記載されているプロセスは、「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、２８巻、５号、１２２７〜１２３１頁、１９９２年５月に開示されるように、また更に上述の米国特許出願第１１／３５６，２０３号に記載されるように、エッチングによるファセットを有するリッジレーザを製作するためのプロセスを提供するように拡張された。しかし、製作プロセス中に一貫した結果を得るべきである場合、そのようなデバイス内でのリッジの深さ、および結果として生じる、レーザ構造内の活性領域に対するその位置が正確でなければならないこと、ならびに一貫したリッジ深さをもたらすのに十分なほど乾式エッチプロセスを制御することが、非常に困難であることが分かっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
乾式エッチの際にリッジエッチ深さを制御することは困難であるため、従来のプロセスによって製作されたエッチングによるファセットリッジレーザデバイスには、低い単一横モード歩留まり、およびしきい値電流の幅広い分布があることが分かっている。３０〜４０％ほどの歩留まりの使用可能なデバイスを、こうしたプロセスを用いて得るためには、多段階エッチング手順を使用して、リッジエッチがエピタキシャル構造内にあまりにも深く広がらないようにする必要があった。こうするには、適切な寸法を得るために、乾式エッチを３回または４回反復して、各エッチ後にリッジエッチ深さを測定する必要がある。この取組みは、時間がかかり、こうしたデバイスのコストを大幅に増大させる。
【０００５】
エッチングによるファセットリッジデバイスの高度な均一性および歩留まりが極めて望ましいため、エッチングによるファセットリッジレーザデバイスを製作するための改善されたプロセスが、本発明に従って提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このプロセスでは、エッチングによるファセットを有するリッジレーザが、リッジの底面があるべき位置に湿式エッチストップ層を組み込むエピタキシャル構造内に形成される。リッジは、従来技術のリソグラフィおよび乾式エッチプロセスを使用して一部形成されるが、乾式エッチは、リッジ底面の手前で止められる。リソグラフィにより湿式エッチウィンドウが画定され、湿式エッチウィンドウは、一部エッチされたリッジに重なるとともに、その端部断面およびその端部ファセットを、レジスト層により保護された状態に保つ。次いで、リッジの形成を完了し、またエッチストップ層の上から残留材料を除去するために、この構造が湿式エッチされる。エピタキシャル構造内のストップ層は、湿式エッチをリッジ構造の底面に望ましい深さのところで正確かつ確実に止め、それにより、製作プロセスの歩留まりが約９８〜９９．８％に上がる。
【０００７】
簡潔に言えば、本発明によれば、基板またはウェーハが、例えば、適切にドープすることができるあるタイプのＩＩＩ−Ｖ型化合物またはその合金から形成される。基板の上面上に一連の層が、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシ（ＭＢＥ）などのエピタキシャル堆積プロセスなどによって堆積される。光導波路を横断方向に形成するこれらの層は典型的に、ＡｌＩｎＧａＡｓベースの量子井戸および障壁を用いて形成することができる活性領域、ならびに隣接する上部クラッド領域および下部クラッド領域を含む。一例では、半導体レーザフォトニックデバイス構造層を、ＩｎＰ基板上にエピタキシャル形成することができ、上部クラッド領域および下部クラッド領域が、活性領域の屈折率よりも低い屈折率を有するＩｎＰなどの半導体材料から形成される。オーミックコンタクトを可能にするために、上部クラッド層の上面上にＩｎＧａＡｓキャップ層が設けられる。
【０００８】
本発明によれば、基板上の、構造内に形成すべきリッジの底面の高さのところに、湿式エッチストップ層がエピタキシャル堆積される。したがって、例えば、ヒ化リン化インジウムガリウム（ＧａＩｎＡｓＰ）からなるストップ層が、上部クラッド層のすぐ上のキャップ層内に堆積される。このストップ層は、約２０ｎｍ厚さであり、ＩｎＰクラッド層と格子整合している。結果として得られるウェーハは、１つまたは複数のレーザ共振器およびファセットを形成するために、標準的なフォトリソグラフィステップ、および化学アシストイオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）乾式エッチングステップを使用して処理される。その後、先に形成された共振器上に１つまたは複数のリッジを画定するために第２のフォトリソグラフィステップが使用され、リッジをエッチングするためにＣＡＩＢＥが使用される。ＣＡＩＢＥプロセスは、正確に制御しにくく、したがってあまり正確ではないので、この乾式エッチステップは不完全となるように設計され、すなわち、リッジの所望の深さの手前で、ストップ層に達する前に終了するように設計される。その後、リッジおよびファセットの端部断面を保護レジスト層で覆うために、別のフォトリソグラフィステップが実施され、選択性湿式エッチ液を使用する湿式エッチステップが実施される。選択性湿式エッチ液、例えばＨＣｌとＨ３ＰＯ４の混合物は、残留上部クラッド材料を除去し、エッチストップ層上で止まり、またはエッチストップ層を極めてゆっくりとエッチングする。したがって、湿式エッチは、リッジ形成を完了させ、ストップ層で止まる。湿式エッチは、リッジの底部で横方向に少量をエッチングするが、これは容易に補償され、このプロセスは、所望の寸法を正確に有するリッジを形成する働きをする。この湿式エッチは、乾式エッチステップによって残った任意の残留人工物も除去し、高度の精度を有するリッジ構造をもたらし、その結果、デバイスの歩留まりが高くなる。
【０００９】
前述の例は、ＩｎＰ基板上のレーザデバイスからなるフォトニックデバイスを提供することに基づくものであるが、活性領域を有する他のフォトニックデバイスのエッチングされたフィーチャを、湿式エッチストップ層がエッチステップの限界を画定した状態で乾式および湿式エッチングの組合せを使用して製作できること、ならびにそうしたデバイスを他の基板上に形成できることが理解されよう。そのようなフォトニックデバイスの例が、電界吸収型変調器、および半導体光増幅器である。ファセットがへき開によって形成される従来型のリッジレーザは、エッチストップ層の使用と適合性がある。
【００１０】
前述の、また更なる本発明の目的、特徴、および利点は、添付の図面と併せて、本発明の好ましい諸実施形態の以下の詳細な説明から当業者に明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】レーザなど、複数のフォトニックデバイスをウェーハ上に製作するための、従来技術のへき開ファセットプロセスを示す図である。
【図２】レーザなど、複数のフォトニックデバイスをウェーハ上に製作するための、従来技術のエッチングによるファセットプロセスを示す図である。
【図３】ウェーハ上にある従来技術の複数のエッチングによるファセットレーザを、部分斜視図として示す図である。
【図４】本発明によるウェーハを形成する一連の層を断面として示す図である。
【図５】本発明に従って製作されたエッチストップを有するエッチングによるファセットリッジレーザの、電気コンタクトを与える前の様子を斜視図として示す図である。
【図６（ａ）】本発明に従って、エッチストップを有するエッチングによるファセットリッジレーザを図４のウェーハを使用して形成するための製作ステップを、ｘ方向の断面図として示す図である。
【図６（ｂ）】本発明に従って、エッチストップを有するエッチングによるファセットリッジレーザを図４のウェーハを使用して形成するための製作ステップを、ｙ方向の断面図として示す図である。
【図７（ａ）】本発明に従って、エッチストップを有するエッチングによるファセットリッジレーザを図４のウェーハを使用して形成するための製作ステップを、ｘ方向の断面図として示す図である。
【図７（ｂ）】本発明に従って、エッチストップを有するエッチングによるファセットリッジレーザを図４のウェーハを使用して形成するための製作ステップを、ｙ方向の断面図として示す図である。
【図８（ａ）】は、本発明に従って、エッチストップを有するエッチングによるファセットリッジレーザを図４のウェーハを使用して形成するための製作ステップを、ｘ方向の断面図として示す図である。
【図８（ｂ）】本発明に従って、エッチストップを有するエッチングによるファセットリッジレーザを図４のウェーハを使用して形成するための製作ステップを、ｙ方向の断面図として示す図である。
【図９（ａ）】本発明に従って、エッチストップを有するエッチングによるファセットリッジレーザを図４のウェーハを使用して形成するための製作ステップを、ｘ方向の断面図として示す図である。
【図９（ｂ）】本発明に従って、エッチストップを有するエッチングによるファセットリッジレーザを図４のウェーハを使用して形成するための製作ステップを、ｙ方向の断面図として示す図である。
【図１０（ａ）】本発明に従って、エッチストップを有するエッチングによるファセットリッジレーザを図４のウェーハを使用して形成するための製作ステップを、ｘ方向の断面図として示す図である。
【図１０（ｂ）】本発明に従って、エッチストップを有するエッチングによるファセットリッジレーザを図４のウェーハを使用して形成するための製作ステップを、ｙ方向の断面図として示す図である。
【図１１（ａ）】本発明に従って、エッチストップを有するエッチングによるファセットリッジレーザを図４のウェーハを使用して形成するための製作ステップを、ｘ方向の断面図として示す図である。
【図１１（ｂ）】本発明に従って、エッチストップを有するエッチングによるファセットリッジレーザを図４のウェーハを使用して形成するための製作ステップを、ｙ方向の断面図として示す図である。
【図１２（ａ）】本発明に従って、エッチストップを有するエッチングによるファセットリッジレーザを図４のウェーハを使用して形成するための製作ステップを、ｘ方向の断面図として示す図である。
【図１２（ｂ）】本発明に従って、エッチストップを有するエッチングによるファセットリッジレーザを図４のウェーハを使用して形成するための製作ステップを、ｙ方向の断面図として示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に符号１０で全体を示すように、半導体エピウェーハ１２の機械的へき開は、反射ミラー、すなわちファセットを、ウェーハ上に製作された端面発光ダイオードレーザの共振器端部に画定するための、通常のプロセスである。このプロセスでは、ウェーハ基板上に複数の導波路１４が製作され、金属コンタクト層が与えられ、ウェーハがへき開線１６に沿うように機械的にへき開されて、レーザデバイス２０のバー１８が形成される。次いで、符号２２に示すようにバー１８が積層され、レーザデバイスのへき開された端部ファセットが、所望の反射特性および放出特性をもたらすように被覆される。次いで、個々のレーザデバイス２０を、符号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、結果として得られる出力光ビーム２８を検出することにより、テストすることができる。次いで、レーザデバイスのバーを、符号３０のように分離、すなわち切り離して、１つまたは複数のレーザデバイスをそれぞれが含む、個々のチップ３２を製作することができ、それを、符号３４のように既知の様式で適切にパッケージングすることができる。
【００１３】
上記で論じたように、大部分の半導体デバイスの場合、前述のへき開プロセスは、それが、導波路に沿ってレーザファセットを配置するのに半導体材料の結晶面の位置および角度に依存するので不正確である。一部の材料では、例えば、へき開中に生じる微小な摂動が、破断界面をあるへき開面から別のへき開面に方向変更させ、それにより、ファセットが誤った位置に、または誤った角度で配置されて、レーザが動作不能になり得るほどの鋭角で互いに配向する、ほぼ等しい強度のへき開面がある場合がある。更に、図１に示すへき開プロセスでは、ミラーの被覆およびテストの間に取り扱いにくい脆弱なバー１８が形成される。更に、機械的へき開は、例えば、チップ上への構成要素のモノリシック集積化を行うのに必要となるプロセスステップなど、個々のチップの後の処理と適合しない傾向がある。というのも、レーザファセットを製作し、完全に機能するレーザを得るには、ウェーハを物理的に破断しなければならないためである。
【００１４】
レーザを製作するための代替技術が、図２に符号４０で全体が示されており、この場合、第１のステップとして、複数の導波路４２が適切なウェーハ基板４４上に製作される。好ましくは、これらは、図示のようにウェーハの端から端まで延びる平行な導波路である。次いで、導波路に沿った所望の位置にファセットを形成して、個々のレーザ導波路共振器を製作するために、フォトリソグラフィおよび化学アシストイオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）に基づくプロセスが使用される。これらのファセットは、材料の結晶構造に関係なく正確に配置され、へき開によって得られるものと同等の品質および反射率を有する。レーザ共振器およびファセットが、集積回路がシリコン上に製作されるのとほとんど同じようにウェーハ上に製作されるので、このプロセスにより、レーザを他のフォトニックデバイスと一緒に単一チップ上にモノリシックに集積することが可能になり、符号４６に示すように、まだウェーハ上にある間にデバイスを安価にテストすることが可能になる。その後、符号４８のように、ウェーハを切り離してチップ５０を分離することができ、次いで、符号５２に示すように、チップをパッケージングすることができる。このプロセスは、上述のへき開プロセスに比べて、比較的歩留まりが高く、またコストが低く、ウェーハ材料内のへき開面とは無関係に、さまざまな形状の共振器を有するレーザの製造を可能にする。図２の従来技術の製作プロセスについては、上記のIEEE Journal of Quantum Electronicsの論文において、より詳細に記載されている。
【００１５】
そのようなエッチングによるファセットリッジレーザの端面発光版を製作する際には、４つのフォトリソグラフィパターニングステップが必要であり、第１のステップでは、離隔された端部ファセットをそれぞれが有する１つまたは複数のレーザ本体を画定するパターンマスクが製作される。このパターンが、エッチングによりウェーハ構造内に転写される。その後、第２のリソグラフィステップでは、構造上にリッジを形成するためのパターンが製作され、そのパターンが、この場合もやはり、ＣＡＩＢＥプロセスを使用するエッチングにより構造内に転写される。第３のリソグラフィではコンタクトホールが形成され、第４のリソグラフィでは、ｐコンタクト金属被覆用のパターンが形成される。結果として得られる端面発光リッジレーザ構造が図３に示されており、この場合、リッジ６０および６２がそれぞれに対応するレーザ導波路４２上に形成され、例えば共振器７２などの各レーザ共振器が、エッチングによる端部ファセット７４および７６を伴って製作されている。
【００１６】
上述のように、前述の手順によって製作されるエッチングによるファセットリッジレーザデバイスは、所望するよりも低い歩留まりを有することがあり、レーザ発振を確立するためのしきい値電流の幅広い変動、および低い単一横モード歩留まりを発生させることがある。これらの問題の原因が、製作プロセス中にレーザリッジの高さに生じる変動にあることが分かっている。製作プロセス中に一貫した結果を得るべきである場合、各リッジエッチの深さ、および結果として生じる、レーザ構造内の活性領域に対するリッジの底面の位置が、正確でなければならない。しかし、一貫したリッジエッチ深さをもたらすのに十分なほど乾式エッチプロセスを制御することが、非常に困難であることが分かっている。
【００１７】
前述の問題は、図４および５に概略的に示すように、フォトニックデバイス１００が中に製作される層状ウェーハ９８を提供することにより、また基板１０２上にフォトニックデバイスを製作するためのプロセスが示されている図６（ａおよびｂ）〜図１２（ａおよびｂ）に概略的に示すように、本発明によって克服される。これらの図中に示される寸法および比率は、必ずしも原寸に比例するとは限らないが、構造およびプロセスの顕著な特徴を明確に示すために使用されることが理解されよう。本発明は、図５に示すような、エッチングによるリッジ１０４を有する端面発光リッジレーザの点から説明されるが、同時係属の米国特許出願第１０／９５８，０６９号および米国特許出願第１０／９６３，７３９号に記載されているリッジ水平共振器面発光レーザ、すなわちＨＣＳＥＬなど、他のタイプのレーザまたは他のフォトニックデバイスも、本発明のエッチ制御プロセスを利用して製作できることが理解されよう。
【００１８】
従来通り、ウェーハ９８は、例えば、適切にドープすることができるあるタイプのＩＩＩ−Ｖ型化合物またはその合金から形成される基板１０２を含む。図４に示すように、基板１０２の上面１０８上に一連の層１０６を、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシ（ＭＢＥ）などのエピタキシャル堆積などによって堆積させることができる。これらの層１０６は、活性領域１１２、ならびに上部クラッド領域１１４および下部クラッド領域１１６を典型的に含むレーザ構造、すなわち光導波路を、横断方向に形成する。
【００１９】
一例では、半導体レーザまたは他のフォトニックデバイスの構造層１０６を、ＩｎＰ基板１０２上にエピタキシャル形成する。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をそれぞれ、活性領域１１２の屈折率よりも低い屈折率を有するＩｎＰなどの半導体材料から形成する。これらのクラッド領域は、活性領域に隣接し、活性領域は、ＡｌＩｎＧａＡｓベースの量子井戸および障壁を用いて形成することができる。オーミックコンタクトを可能にするために、上部クラッド層１１４の上面上にＩｎＧａＡｓキャップ層１１８を設ける。
【００２０】
図５に示すように、クラッド層１１４に湿式エッチストップ層１１９を組み込み、湿式エッチストップ層１１９は、製作プロセスの完了時にリッジの底面１２０があるべき高さのところに配置する。ストップ層１１９は、ＧａＩｎＡｓＰをエピタキシャル堆積した層であり、約２０ｎｍ厚さであり、上部クラッド層１１４を底部セグメント１１４（ａ）と上部セグメント１１４（ｂ）に分割する。ストップ層１１９は、上部クラッド層１１４の底面１２１に近接して、ただしそれよりも上方に離隔され、この面は、同時に活性領域１１２の上面でもある。
【００２１】
本発明のプロセスでは、図４に示すように、ＳｉＯ２からなる２００ｎｍ厚さの層などのマスキング層１２２を、エピタキシャル成長したレーザ構造１０６上に、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）によって堆積させる。例えばフォトレジスト層内に少なくとも１つのレーザ本体およびファセットを画定する第１のリソグラフィステップを、図２および３に示されるウェーハ４４と同等のウェーハ９８に対して実施し、そのフォトレジストパターンを、下にあるＳｉＯ２マスク層１２２に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用して転写する。マスク層１２２上にフォトレジスト層をスピニングし、リソグラフィマスクを通じてフォトレジストを露光してパターンを製作し、その後パターンをマスク層１２２に転写する各フォトリソグラフィステップは、従来通りであり、当技術分野で公知であるため、示されていない。フォトレジストを酸素プラズマによって除去した後、層１２２内のＳｉＯ２パターンを、化学アシストイオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）を使用してレーザ構造に転写して、図３に符号４２で全体が示されるレーザ導波路など、フォトニックデバイスの図６（ａ）および図６（ｂ）に示す本体１２３を形成し、またそれらの導波路に沿って、図５に符号１００で示されるようなレーザを形成することができる複数のディスクリートレーザ共振器を形成する。本体１２３は、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、エッチングによる側壁１２４および１２５、ならびにエッチングによる端部ファセット１２６および１２８を伴って形成される。ＨＣＳＥＬの場合、端面発光レーザに関してここで示される単一のステップではなく、別々の２つのフォトリソグラフィステップ、および別々の２つのＣＡＩＢＥステップが使用される。
【００２２】
図６（ａ）は、図５の導波路１００のｘ−ｘ軸のところの矢印の方向に沿った断面であり、図６（ｂ）は、図５のｙ−ｙ軸のところの矢印の方向に沿った導波路の断面である。
【００２３】
図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、ウェーハ上にある先に画定されたレーザ本体１２３上に、リッジ１０４など、１つまたは複数のリッジを画定するパターンを製作するための、第２のフォトレジストリソグラフィを実施し、ＲＩＥを使用して、そのフォトレジストパターンをＰＥＣＶＤ  ＳｉＯ２マスク層１２２に転写する。フォトレジストを酸素プラズマで除去した後、図示のように、ＣＡＩＢＥを使用して、レーザ本体１２３ごとのリッジ１０４をレーザ構造内に形成する。リッジタイプのエッチングによるファセットデバイス向けの従来の製作プロセスとは対照的に、このリッジＣＡＩＢＥ乾式エッチステップは、エッチがリッジ底面１２０の所望の深さを越えて意図せずに継続しないようにするために、リッジ１０４を完成させるのに必要なエッチ深さの手前で止まるように設計される。更に、乾式エッチングは、高歩留まりを達成するのに必要な正確な深さ制御を妨げる恐れのある、粗さまたはグラス様（ｇｒａｓｓ−ｌｉｋｅ）層の形をとる残留材料を残すこともある。したがって、図７（ａ）および７（ｂ）に示すように、このエッチプロセスは、常に層１１９の上面１３２のところに、またはそれより上方にある、クラッド層１１４（ｂ）内のエッチフロア１３０で終了するように設計される。これにより、ＣＡＩＢＥエッチが、図５に示すリッジ１０４の底面１２０の所望の高さより下方に広がらないようになる。
【００２４】
図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、リッジ構造を完成させるために、デバイスの上面をフォトレジストのマスキング層１３６で覆い、次いで、リッジ１０４と、リッジ１０４の各側にあり、その長さに沿った領域１３８および１３９とを含む湿式エッチウィンドウ１３７を現像後に露出させるように、マスキング層１３６をフォトリソグラフィによりパターニングする。フォトレジストマスキング層１３６は、リッジの端部１４０および１４２ならびに端部ファセット１２６および１２８を続く湿式エッチから保護するために、それらの上に広がり、好ましくは、湿式エッチステップによる横方向のエッチングに対応するために、エッチフロア１３０の外縁部１４４および１４６にもわずかな分だけ重なる。
【００２５】
層１１９の上の残留上部クラッド材料を除去するために、湿式エッチウィンドウ１３７を、選択性湿式エッチ液、例えばＨＣｌとＨ３ＰＯ４の混合物にさらす。図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、湿式エッチは、リッジの底面１２０の所望の位置であるストップ層１１９の上面１３２で止まって、または実質的に止まって、リッジをその所望の高さのままにしておき、次いで、酸素プラズマを使用してフォトレジストマスク１３６を除去する。存在する可能性があるどんな粗さまたはグラス様フィーチャも、湿式エッチプロセスによって除去され、それにより正確な深さ制御が可能になる。
【００２６】
図５〜図１２（ａ）および図１２（ｂ）には、単一のリッジ１０４を有する単一のレーザ共振器について示されているが、複数のフォトニックデバイスが、好ましくは、単一のウェーハ上に製作されることが理解されよう。例えば図２に示すように、いくつかのリッジレーザをそれぞれが組み込むことができる離隔された複数の導波路４２が、通常、単一のウェーハ上に製作され、以下に記載する残りのプロセスステップが完了した後、上記で論じたように、パッケージングするためにそれらが切離し、すなわちダイシングにより分離されて、個々のフォトニックデバイスが製作される。
【００２７】
図５、ならびに図６（ａ）および図６（ｂ）〜図９（ａ）および図９（ｂ）に関して上述したようにレーザ本体、ファセット、およびリッジを形成してから、図２の切離しステップより前に、単一のリッジ１０４に関する図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、ＰＥＣＶＤを使用して、ＳｉＯ２などの誘電体材料からなる１２０ｎｍ厚さのパッシベーション層１５０を堆積させて、フォトニックデバイスを含めてウェーハ全体を覆う。その後、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、フォトニック構造上のフォトレジストマスク層内にｐコンタクト開口を画定するための第３のリソグラフィを実施し、そのマスクを通じたＲＩＥを使用して、ＳｉＯ２層１５０および１２２内にコンタクトウィンドウ１５２を開ける。次いで、酸素プラズマを使用して、フォトレジストを除去する。
【００２８】
フォトレジストマスク層内に、ｐコンタクト用の金属被覆リフトオフパターンを画定するように第４のリソグラフィを実施し、この場合、リフトオフ構造１５４が、コンタクトウィンドウ１５２を取り囲むコンタクト開口１５６をもたらすようにリソグラフィにより画定される。典型的なリフトオフ構造がもつアンダーカットは、金属被覆リフトオフパターン１５４内に明示的に示されていないが、それが存在することが理解されよう。次いで、電子ビーム蒸着器を使用して、金属被覆リフトオフパターン１５４上、および開口１５６の中にｐコンタクト金属１６０（図１２（ａ）および図１２（ｂ））を蒸着させて、コンタクトウィンドウ１５２を覆う。金属被覆リフトオフパターン１５４を除去するリフトオフステップによって、望ましくない金属被覆を除去し、それによりデバイス用のｐコンタクト１６０が残る。図示のように、ｐコンタクトは、コンタクトウィンドウ１５２の縁部を越えて広がり、ＳｉＯ２層１２２および１５０に開いたコンタクト開口を密閉する。レーザ用のｎコンタクト１６２も、電子ビーム蒸着を使用してウェーハの裏面に蒸着させる。別の金属被覆リフトオフステップを使用して、ｎコンタクトをウェーハの前面に与えることもできる。前述のように、複数のフォトニックデバイスが典型的に基板上に製作されることが理解されよう。
【００２９】
上記で論じたように、エッチングによるファセットが湿式エッチ中に保護されなければならない（図８（ａ）および図８（ｂ）を参照されたい）ので、壁部または肩部１６３などの残りのフィーチャが、湿式エッチストップ層の上面上の、マスク１３６が縁部１４４および１４６の上に広がるその下に形成される。この壁部により、ファセットのところ、およびその付近でリッジ深さの変化が生じ、その結果、リッジの底面のところよりもエッチングによるファセットのところ、およびその付近の方が、リッジ深さが浅くなる。このプロセスを通じて製作された端面発光リッジレーザおよびリッジＨＣＳＥＬの性能およびモード挙動について調査し、歩留まりが９８〜９９．８％に上がる間に、残りのフィーチャ１６３（図５を参照されたい）がどんな悪影響も引き起こさないことが分かった。
【００３０】
以上、本発明を好ましい諸実施形態の点から例示してきたが、添付の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せずに変更および修正を行えることが理解されよう。
【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（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図１０（ａ）】
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【図１０（ｂ）】
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【図１１（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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【図１２（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【国際調査報告】
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