WO1999049544A1 - Method for producing a ridge waveguide in layer structures of a iii-v compound semiconductor and semiconductor laser device, especially for low series resistances - Google Patents

Method for producing a ridge waveguide in layer structures of a iii-v compound semiconductor and semiconductor laser device, especially for low series resistances Download PDF

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WO1999049544A1
WO1999049544A1 PCT/DE1999/000892 DE9900892W WO9949544A1 WO 1999049544 A1 WO1999049544 A1 WO 1999049544A1 DE 9900892 W DE9900892 W DE 9900892W WO 9949544 A1 WO9949544 A1 WO 9949544A1
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layer
web
mask
etching
contact layer
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Application number
PCT/DE1999/000892
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Inventor
Alfred Lell
Siegmar Kugler
Norbert Stath
Reimund Oberschmid
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Infineon Technologies Ag
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Publication date
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    • H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2081—Methods of obtaining the confinement using special etching techniques

Definitions

  • Designation of the invention Method for producing a ridge waveguide in III-V compound semiconductor layer structures and semiconductor laser device, especially for low series resistances
  • the invention relates to a method for producing a ridge waveguide in III-V compound semiconductor layer structures and a semiconductor laser device, in particular a so-called ridge waveguide laser device based on III-V semiconductor materials.
  • a laser device that is particularly easy to manufacture and operate reliably comprises a ridge waveguide formed in a III-V compound semiconductor layer structure;
  • Such laser arrangements which also form the basis of the type according to the invention, are known, for example, from EP 0 450 255 AI and from C. Härder, P. Buchmann, H.
  • the etching step required in the manufacture of the ridge waveguide is considered to be particularly critical, in which the effective ohmic contact area is significantly reduced due to the undesired undercut at the interface of the photoresist-GalnAs or GalnAsP contact, which leads to an increase in the electrical Contact resistance and thus leads to increased heating. As a result, the laser properties generally deteriorate.
  • EP 0 450 255 A1 proposes to arrange an auxiliary mask in order to avoid the disadvantages associated with undercutting.
  • the object of the present invention is to provide a process which is technologically simpler overall than the manufacturing process shown in EP 0 450 255 A1 for producing a ridge waveguide in III-V compound semiconductor layer structures.
  • German patent application No. 196 40 420.7 which forms part of the state of the art according to ⁇ 3 Para. 2 PatG, relates to a ridge waveguide laser based on InGaAsP / InP with a tripod structure, in which the essentially strip-shaped ridge waveguide by means of a wet chemical etching process step is formed within a trench region from the InP cladding layer and quaternary contact layer.
  • the electrical connection of the web takes place via a metallization layer, which is deposited over the entire area on a passivation layer, the passivation layer made of electrically insulating material covering the tripod structure with the exception of the upper side of the web.
  • This process completely dispenses with dry etching steps, e.g. by means of ion etching processes, and can be carried out with fewer wet chemical etching steps than the processes known until then.
  • the uncertainty of the web width has proven to be practically acceptable (there is an uncertainty of the phototechnology mask in the order of magnitude of almost ⁇ 0.6 ⁇ m; the additional etching uncertainty with only wet chemical etching methods of about i 0.4 p seems to be relatively acceptable so far).
  • the clearly higher series resistance turned out to be more critical.
  • the series resistance is normally approximately 3 ohms ⁇ 0.5 ohms.
  • the application of the method according to German patent application No. 196 40 420.7 showed an instability of the series resistances that went far beyond the usual.
  • Series resistance values with a very wide distribution between about 3.5 ohms and up to 20 ohms were measured, which were clearly above the tolerance limit. The associated losses in yield would - in addition to the need to measure the series resistance very carefully while still in the chip state - have proven to be unacceptable in the long run.
  • the reason for the high series resistance turned out to be a relatively high contact resistance between the anode metal contact and the semiconductor.
  • additional doping atoms are introduced into the contact layer by diffusion or implantation and / or the already existing doping atoms are activated by annealing or a laser flash.
  • the method according to the invention is thus characterized by the following manufacturing steps in the order given: Manufacture of a basic structure formed on a semiconductor substrate, in particular by epitaxial growth, with a first cladding layer, an active zone deposited on the first cladding layer, consisting of more uniform material or from an alternation of quantum wells and barriers, a second deposited on the active zone Cladding layer and a contact layer deposited on the second cladding layer; deposition and structuring of a trench mask over the entire surface in order to define a trench region which has a multiple width of a web subsequently to be produced within the trench region from the second cladding layer and the contact layer; Introducing additional doping atoms into the contact layer and / or activating the already existing doping atoms of the contact layer; Forming a substantially strip-shaped web mask within the trench region; selective etching of the contact layer and the second cladding layer using the trench mask and the land mask as cover masks for forming the web of the land waveguide while simultaneously forming a trench
  • the contact layer is doped by diffusing in the doping atoms.
  • the contact layer and the second cladding layer are etched in two separate etching steps with different etching solutions, the etching of the respective layer being carried out selectively with respect to the underlying material.
  • wet chemical etching zen of the contact layer the material covered by the bridge mask is undercut.
  • a sulfuric acid-hydrogen peroxide-water etching solution is used for the wet-chemical etching of the contact layer and a phosphoric acid-hydrochloric acid etching solution is used for the wet-chemical etching of the second cladding layer. There is no etching of the second cladding layer
  • the width of the resulting waveguide web is determined via the extent of the lateral undercut of the web mask. Because of the selectivity of the etching attack to the second cladding layer, the remaining web-shaped rest of the contact layer acts as an ideal mask material in the second etching step: after the contact layer / cladding layer boundary surface, a crystallographically predetermined flank angle is formed in the material of the second cladding layer, which also overlong etching times remains unchanged. The part of the web formed from the second cladding layer can therefore advantageously join flush with the part of the contact layer that has remained.
  • the solution according to the invention of a tripod arrangement of the laser device produced on a purely wet-chemical basis has the following advantages, among others: -
  • the undercutting in the manufacture of the waveguide web, which is known as undesirable in the prior art, is specifically used in accordance with the invention in the sense of simpler manufacture by means of wet-chemical etching; the method according to the invention thus enables structuring of the technologically particularly critical structures solely by wet-chemical etching steps.
  • the waveguide bridge which is about 2 to 3 ⁇ m wide and about 1.5 to 2 ⁇ m high, geometrically as regularly as possible in a relatively simple step in order to ultimately achieve the smoothest possible linearity of the laser characteristic (emitted) Power (in mW) - injected laser current (in mA)) to identify the desired optoelectronic properties of the laser. It is thus possible to avoid non-linearities, so-called “kinks” (kinks) in the laser characteristic curve, which can also result, among other things, from geometric irregularities in the waveguide web, in a technologically clean manner during the manufacture of the laser.
  • kinks kinks
  • the solution according to the invention requires an oxide overmolding (passivation layer) which is formed in a single step.
  • the passivation layer is deposited to conform to the edges and over the entire surface, care being taken that defined lifting edges are available at the desired locations for the subsequent lifting step, so that the solvent used for lifting off can penetrate into the remaining photoresist layer .
  • the method according to the invention only requires a single lifting step, which moreover without mechanical see support can be carried out successfully.
  • a sulfuric acid-hydrogen peroxide-water etching solution is used for the wet-chemical etching of the contact layer.
  • the sulfuric acid used in the etching solution is present in a non-concentrated form.
  • a sulfuric acid diluted with water is used as before, the sulfuric acid / water ratio being preset and, in addition, only a low concentration of the oxidizing agent hydrogen peroxide being provided.
  • the etching activity of the etching solution on layers containing arsenic is determined by the variable proportion of hydrogen peroxide.
  • the mask understatement can be independent of differences in mask adhesion and can therefore also be carried out successfully for locally disrupted surfaces.
  • the use of special process steps or mask technologies to improve the adhesion of the mask material can be omitted.
  • the specifically used underpinning enables optimal compatibility when combining the process requirements with regard to passivation covering the edge as possible, in conjunction with a simple but reliable lifting technique.
  • the etching rate ratio is therefore typically more than about 500: 1.
  • the etching solution can be used as a specific cleaning solution by which the hydrogen peroxide content - depending on the layer material containing arsenic to be etched - is reduced to very low values (for example volume concentrations in the 0.1% range). The reaction rates drop to values that can no longer be determined. In addition, the same solution can subsequently be used for etching again by adding hydrogen peroxide.
  • the solution can be used immediately after adding the hydrogen peroxide and mixing.
  • Etching solution only two-component and safe, i.e. can be applied without heating.
  • 1 to 8 show schematic sectional views of the sequence of the process steps of a method for producing a ridge waveguide III-V compound semiconductor layer structures according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 8 comprises a metal clad ridge waveguide (MCRW) laser device 1 with a basic structure formed on a semiconductor substrate 2 made of n-doped InP, in particular by epitaxial growth a first cladding layer 3 likewise consisting of n-doped InP, an active zone 4 deposited on the first cladding layer 3, a second cladding layer 5 made of p-doped InP deposited on the active zone 4, and a contact layer 6 deposited on the second cladding layer 5 p-doped GalnAs.
  • MCRW metal clad ridge waveguide
  • the active zone 4 used for the recombination and light generation can either consist of uniform material or of an alternation of quantum wells and barriers;
  • the active zone 4 is formed by a GalnAs double heterostructure.
  • the active zone 4 is surrounded in a manner known per se by the first and second cladding layers 3 and 5, which have a larger band gap than the material of the active zone, and together with a strip-shaped web 7 form a waveguide and bring about the necessary charge carrier limitation .
  • the web 7 of the web waveguide is formed here in a trench 8 made in the second cladding layer 5 and the contact layer 6, the width of the trench 8 being approximately twenty times the width of the web 7.
  • the web 7 has, for example, a width of approximately 2 to 3 ⁇ m and a height of approximately 1.5 to 3 ⁇ m; the schematic representation according to FIG. 8 is therefore not strictly to scale.
  • the reference number 9 denotes a passivation layer, preferably made of A1 2 0 3 , which, with the exception of the one on the top 10 of the web 7, covers all the components of the laser device 1 in conformity with the edges.
  • a metallization layer 11 is deposited thereon for the electrical connection of the web 7 to contact connections and external contact leads, by means of which the laser current necessary for the operation of the laser 1 is supplied, which, however, are not shown in the figures for reasons of clarity.
  • the contact layer 6 is additionally doped in a region near the surface, preferably by means of a diffusion step, and / or the existing doping atoms are additionally electrically activated by tempering or a laser flash, the contact resistance of the semiconductor metal is reduced.
  • the successive process steps for manufacturing the laser device according to the invention are explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 7, the semiconductor substrate 2 and the first cladding layer 3 being no longer shown in these figures for reasons of clarity.
  • An auxiliary mask layer 12 made of InP is preferably deposited epitaxially over the entire surface onto the basic structure with the layers 3 to 6, which is expediently carried out in one operation during the epitaxial growth of the entire basic structure.
  • the layer 12 consists of material that can be selectively etched with respect to the contact layer 6 and has a thickness of approximately 0.2 ⁇ m.
  • the auxiliary mask layer 12 favors or simplifies the subsequent production of the web 7 in the sense of a reduction in the number of process steps, and also supports the definition of a clean lifting edge during the final lifting step, but can also be omitted without the inventive step Deviate principle.
  • Photoresist material is applied to the entire surface deposited auxiliary mask layer 12, exposed photolithographically in a conventional manner and structured to form a trench mask 13, which defines the surface area in the subsequent etching steps in which the ridge waveguide sunk in the surrounding basic structure is to be created.
  • the auxiliary mask layer 12 is first removed at the points not covered by the trench mask 13. The structuring of the auxiliary mask 12 is shown schematically in FIG.
  • a Zn contact diffusion is carried out on the contact layer at least in the area of the later structured web by spinning on a Zn-containing Al 2 0 3 slurry and subsequent diffusion annealing (for example 10 seconds at 650 ° C.).
  • an additional annealing step can be carried out, for example for 10 minutes at 400 ° C. in H 2 , N 2 , Ar gas or one Mixture of these can be added.
  • the contact layer can also be activated in the form of a short ( ⁇ 100 ns) UV radiation pulse from a laser source (either in addition or as an alternative to the activation steps above).
  • an attempt can also be made to ensure a sufficiently high dopant concentration during the epitaxy and then to activate it later, as described above.
  • the contact layer 6 for thickness correction can at least be wet-chemically etched on, wherein this etching step can in principle also be omitted.
  • a strip-shaped web mask 15 made of photoresist is formed in the trench region 14, preferably in the center, which defines the position of the waveguide web to be etched (FIG. 3).
  • the contact layer 6 is selectively etched by a wet chemical process with a precisely defined web mask undercut in such a way that the extent of the undercut at the points designated by the reference number 16 is neither influenced by the adhesion of the photoresist mask 15 nor by local disturbances in the contact layer 6, nor by microscopic irregularities in the photoresist flanks 17.
  • This etching process defines the upper lateral dimensions as well as the homogeneity of the width of the web that is created and, as a result of the masking effect of the auxiliary mask layer 12 in the outer region of the trench, the web is embedded by the unchanged epitaxial layer system adjacent to the trench sections defined in the first photographic technique on the side of the web.
  • a sulfuric acid, hydrogen peroxide, water etching solution is preferably used for the wet chemical etching of the contact layer 6, the etching taking place selectively with respect to the material of the second cladding layer 5, ie the etching process occurs in the vertical direction at the interface 6 to be etched immediately following the second cladding layer 5 due to the material-specific selectivity of the etching solution to stand (etching stop effect of the second cladding layer 5 compared to the selected etching solution).
  • the side walls of the stripe-shaped photoresist web mask 15 and, moreover, also the side walls of the trench mask 12 are oriented parallel to the crystallographic directions [011] or [Oll].
  • a uniform lateral undercut of the photoresist land mask 15 is achieved, the flank angles of the etched contact layer 6 at the locations indicated by the reference number 15 being clearly predetermined or determined by the crystallographically determined properties of the contact layer material.
  • the degree of undercutting of the contact layer 6 at the points 16 simultaneously unambiguously determines the width of the waveguide bridge 7 which is subsequently completed.
  • the undercutting of the contact layer 6 which is advantageously used according to the invention can be chosen such that there is no formation of a deposit when the passivation layer 9 is subsequently deposited undesirable reduction in the ohmic contact surface on the top 10 of the web comes.
  • the interface between the later applied metallization 11 and the contact layer 6 on the upper side 10 is effectively increased, so that the contact resistance ultimately lent even lower.
  • the reproducibly achievable web shape is determined in addition to the defined crystal direction and the preceding contact layer etching, in particular by the etching solution, the etching time and the etching temperature, with regard to the depth of the web, and possibly also by the specific structure of the epitaxial layer sequence. Due to a suitably coordinated etching solution and material composition, the remaining auxiliary mask layer 12 in the outer region of the trench is simultaneously removed in this process step. Because of the chemical selectivity of this etching process, after the auxiliary mask layer 12 has completely dissolved, the remaining contact layer 6 takes over the further masking function.
  • a phosphorus hydrochloric acid solution is preferably used for wet-chemical etching of the second cladding layer 5, the etching solution not attacking the material of the contact layer 6 and the layer 4 arranged below the second cladding layer 5 due to the chemical selectivity. Layer 4 thus again serves as an etching stop in this etching step.
  • the wet-chemical etching of the second cladding layer 5 there is no transmission compared to the contact layer 6 acting as a mask, so that the undersizing of the contact layer 6 set at the points 16 in the previous etching step clearly determines the web width of the waveguide web 7.
  • FIG. 6 shows the corresponding state after the Al 2 O 3 material sputtered on the photoresist surface has been lifted off by dissolving the photoresist of the web mask 15 in a suitable solvent, using the targeted undercut of the photoresist during the previous contact layer etching.
  • a metallization layer 11 is applied according to FIG. 8 for the electrical connection of the web 7.

Abstract

The invention relates to a method for producing a ridge waveguide in layer structures of III-V compound semiconductors, consisting of the following steps: a base structure formed on a semiconductor substrate (2) is created which comprises a first coating layer (3), an active zone (4) deposited on said first coating layer (3), a second coating layer (5) deposited on the active zone (4) and a contact layer (6) deposited on the second coating layer (5); a trench mask (13) is deposited and structured across the entire surface so as to define a trench area (14) which has approximately 20 times the width of a ridge (7) which is then created in the centre of the trench area (14) from the second coating layer (5) and the contact layer (6); additional doping atoms are introduced into the contact layer (6) and/or the doping atoms introduced in this way or doping atoms already present are activated; a substantially strip-shaped ridge mask (15) is created within the trench area (14); and the second coating layer (5) and the contact layer (6) are selectively etched using the trench mask (13) and ridge mask (15) as resist masks for forming the ridge (7) of the ridge wave guide inside the trench area (14).

Description

Beschreibungdescription
Bezeichnung der Erfindung: Verfahren zur Herstellung eines Stegwellenleiters in III-V-Verbindungshalbleiter-Schicht- strukturen und Halbleiterlaservorrichtung besonders für niede- re SerienwiderständeDesignation of the invention: Method for producing a ridge waveguide in III-V compound semiconductor layer structures and semiconductor laser device, especially for low series resistances
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Stegwellenleiters in III-V-Verbindungshalbleiter- Schichtstrukturen und eine Halbleiterlaservorrichtung, insbe- sondere eine sogenannte Ridge-waveguide-Laservorrichtung auf der Basis von III-V-Halbleitermaterialien.The invention relates to a method for producing a ridge waveguide in III-V compound semiconductor layer structures and a semiconductor laser device, in particular a so-called ridge waveguide laser device based on III-V semiconductor materials.
Halbleiterlaserdioden finden mittlerweile einen breiten Anwendungsbereich insbesondere auch in informationsverarbeiten- den Systemen. Aufgrund ihrer kompakten Größe und zum Teil auch wegen der zu den verwendeten Schaltkreisen und weiteren optoelektronischen Elementen kompatiblen Technologie werden Halbleiterlaserdioden insbesondere in der optoelektronischen Nachrichtentechnik. Im Hinblick auf den Aufbau und die Anordnung solcher Laserdioden werden derzeit unterschiedliche Typen von Laserstrukturen verwendet. Eine besonders einfach herzustellende und zuverlässig arbeitende Laservorrichtung umfasst einen in einer III-V-Verbindungshalbleiter-Schichtstruktur ausgebildeten Stegwellenleiter; solche Laseranordnungen, die auch der erfindungsgemäßen Gattung zugrunde liegen, sind beispielsweise aus der EP 0 450 255 AI und aus C. Härder, P. Buchmann, H. Meier, High-Power Ridge-Waveguide AlGaAs Grin-Sch Laser Diode, Electronics Letters, 25. September 1986, Vol. 22, No. 20, Seiten 1081 bis 1082 bekannt geworden. Bei der Herstellung derartiger selbstjustierender Wellenleiter-Laserstrukturen wird normalerweise eine einzige photolithographische Maske zur Festlegung der vollständigen Kontaktbereich- bzw. Wellenleitersteggeometrie über den gesamten Herstellprozess zur Fertigung des Steges verwendet. Bei der Übertragung der zunächst bei der Fertigung von Laservorrichtungen auf der Grundlage des GaAs-Syste s entwickelten Fertigungsprozesse auf die Herstellung von InP-Lasersyste en mit größeren Wellenlängen des e it- tierten Lichtes ergeben sich jedoch gewisse technologischeSemiconductor laser diodes are now widely used, particularly in information processing systems. Because of their compact size and in part also because of the technology compatible with the circuits and other optoelectronic elements used, semiconductor laser diodes are used particularly in optoelectronic communications technology. With regard to the construction and arrangement of such laser diodes, different types of laser structures are currently used. A laser device that is particularly easy to manufacture and operate reliably comprises a ridge waveguide formed in a III-V compound semiconductor layer structure; Such laser arrangements, which also form the basis of the type according to the invention, are known, for example, from EP 0 450 255 AI and from C. Härder, P. Buchmann, H. Meier, High-Power Ridge-Waveguide AlGaAs Grin-Sch Laser Diode, Electronics Letters, September 25, 1986, Vol. 22, No. 20, pages 1081 to 1082. In the production of such self-aligning waveguide laser structures, a single photolithographic mask is normally used to determine the complete contact area or waveguide web geometry over the entire manufacturing process for manufacturing the web. When transferring the manufacturing processes initially developed in the manufacture of laser devices based on the GaAs system to the manufacture of InP laser systems with longer wavelengths of the However, certain technological light results
Probleme. Als besonders kritisch wird hierbei insbesondere der bei der Fertigung des Stegwellenleiters erforderliche Ätzschritt angesehen, bei dem aufgrund der stets einhergehenden unerwünschten Unterätzung an der Grenzfläche des Photolack- GalnAs- oder GalnAsP-Kontaktes die wirksame ohmsche Kontaktfläche signifikant verringert wird, was zu einem Anstieg des elektrischen Kontaktwiderstandes und damit zu einer vermehrten Erwärmung führt. Als Folge hiervon verschlechtern- sich allgemein die Lasereigenschaften. Zur Vermeidung dieser technolo- gisch bedingten Schwierigkeiten wird nach der EP 0 450 255 AI vorgeschlagen, eine Hilfsmaske anzuordnen, um die mit der Unterätzung einhergehenden Nachteile zu vermeiden.Problems. The etching step required in the manufacture of the ridge waveguide is considered to be particularly critical, in which the effective ohmic contact area is significantly reduced due to the undesired undercut at the interface of the photoresist-GalnAs or GalnAsP contact, which leads to an increase in the electrical Contact resistance and thus leads to increased heating. As a result, the laser properties generally deteriorate. To avoid these technologically-related difficulties, EP 0 450 255 A1 proposes to arrange an auxiliary mask in order to avoid the disadvantages associated with undercutting.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ge- genüber dem in der EP 0 450 255 AI aufgezeigten Fertigungs- prozess technologisch insgesamt einfacheres Verfahren zur Herstellung eines Stegwellenleiters in III-V-Verbindungshalb- leiter-Schichtstrukturen zur Verfügung zu stellen.The object of the present invention is to provide a process which is technologically simpler overall than the manufacturing process shown in EP 0 450 255 A1 for producing a ridge waveguide in III-V compound semiconductor layer structures.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Eine insbesondere nach diesem Verfahren herstellbare Halbleiterlaservorrichtung ist in Anspruch 17 angegeben.This object is achieved by the method according to claim 1. A semiconductor laser device that can be produced in particular by this method is specified in claim 17.
Die gemäß § 3 Abs.2 PatG Stand der Technik bildende deutsche Patentanmeldung Nr. 196 40 420.7 bezieht sich auf einen Ridge- Waveguide-Laser auf der Basis von InGaAsP/InP mit einer Dreibein-Struktur, bei der der im Wesentlichen streifenförmige Stegwellenleiter vermittels eines nass-chemischen Ätzprozess- Schrittes innerhalb eines Grabenbereiches aus der InP- Mantelschicht und quaternärer Kontaktschicht ausgebildet wird. Der elektrische Anschluß des Steges erfolgt über eine Metallisierungsschicht, die ganzflächig auf einer Passivierungs- schicht abgeschieden wird, wobei die Passivierungsschicht aus elektrisch isolierendem Material die Dreibein-Struktur mit Ausnahme der Oberseite des Steges überdeckt.The German patent application No. 196 40 420.7, which forms part of the state of the art according to § 3 Para. 2 PatG, relates to a ridge waveguide laser based on InGaAsP / InP with a tripod structure, in which the essentially strip-shaped ridge waveguide by means of a wet chemical etching process step is formed within a trench region from the InP cladding layer and quaternary contact layer. The electrical connection of the web takes place via a metallization layer, which is deposited over the entire area on a passivation layer, the passivation layer made of electrically insulating material covering the tripod structure with the exception of the upper side of the web.
Dieses Verfahren verzichtet ganz auf Trockenätzschritte, z.B. mittels lonenätzverfahren, und kann mit weniger naßchemischen Ätzschritten als die bis dahin bekannten Verfahren durchgeführt werden. Erkauft wurde dies mit höheren Anforderungen an die Epitaxiestrukturen, besonders Feinheiten der Schichtübergangsformen, mit einer Unsicherheit der Stegbreite und mit ei- nem höheren Serienwiderstand Rs der Halbleiterlaserstrukturen gegenüber den bisher bekannten Verfahren. Die Unsicherheit der Stegbreite hat sich als praktisch tragbar erwiesen (es gibt hier eine Unsicherheit der Fototechnikmaske in der Größenordnung von fast ± 0,6 um; die zusätzliche Ätzunsicherheit bei nur naßchemischen Ätzverfahren von etwa i 0,4 p scheint bisher verhältnismäßig tragbar) . Kritischer hat sich aber der eindeutig höhere Serienwiderstand herausgestellt. Bei einer gegebenen beispielhaften 1, 3μm-Wellenlänge-InGaAsP- Halbleiterlaserstruktur mit 3 um Stegbreite und 300 um Resona- torlänge ist der Serienwiderstand normalerweise etwa 3 Ohm ± 0,5 Ohm. Die Anwendung des Verfahrens gemäß der deutschen Patentanmeldung Nr. 196 40 420.7 zeigte jedoch eine weit über das übliche hinausgehende Instabilität der Serienwiderstände. Es wurden Serienwiderstandswerte mit einer sehr breiten Ver- teilung zwischen etwa 3,5 Ohm und bis zu 20 Ohm gemessen, die damit deutlich über der Toleranzgrenze lagen. Die damit verbundenen Ausbeuteverluste hätten sich - zusätzlich verbunden mit dem Zwang, sehr sorgfältig den Serienwiderstand noch im Chipzustand zu messen, - auf die Dauer als nicht akzeptabel erwiesen.This process completely dispenses with dry etching steps, e.g. by means of ion etching processes, and can be carried out with fewer wet chemical etching steps than the processes known until then. This was bought with higher demands on the epitaxial structures, particularly fineness of the layer transition forms, with an uncertainty of the web width and with a higher series resistance Rs of the semiconductor laser structures compared to the previously known methods. The uncertainty of the web width has proven to be practically acceptable (there is an uncertainty of the phototechnology mask in the order of magnitude of almost ± 0.6 μm; the additional etching uncertainty with only wet chemical etching methods of about i 0.4 p seems to be relatively acceptable so far). However, the clearly higher series resistance turned out to be more critical. Given a given exemplary 1.3 μm wavelength InGaAsP semiconductor laser structure with a 3 μm ridge width and 300 μm resonator length, the series resistance is normally approximately 3 ohms ± 0.5 ohms. However, the application of the method according to German patent application No. 196 40 420.7 showed an instability of the series resistances that went far beyond the usual. Series resistance values with a very wide distribution between about 3.5 ohms and up to 20 ohms were measured, which were clearly above the tolerance limit. The associated losses in yield would - in addition to the need to measure the series resistance very carefully while still in the chip state - have proven to be unacceptable in the long run.
Als Ursache des hohen Serienwiderstandes stellte sich ein relativ hoher Kontaktwiderstand zwischen dem Anodenmetallkontakt und dem Halbleiter heraus . Um den Kontaktwiderstand zu verrin- gern, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entweder zusätzliche Dotieratome in die Kontaktschicht durch Diffusion oder Implantation eingebracht und/oder es werden die bereits vorhandenen Dotieratome durch eine Temperung oder einen Laseblitz aktiviert.The reason for the high series resistance turned out to be a relatively high contact resistance between the anode metal contact and the semiconductor. In order to reduce the contact resistance, in the method according to the invention either additional doping atoms are introduced into the contact layer by diffusion or implantation and / or the already existing doping atoms are activated by annealing or a laser flash.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich somit durch folgende Fertigungsschritte in der angegebenen Reihenfolge aus: Fertigen einer auf einem Halbleiter-Substrat, insbesondere durch epitaktisches Aufwachsen, ausgebildeten Grundstruktur mit einer ersten Mantelschicht, einer auf der ersten Mantelschicht abgeschiedenen aktiven Zone bestehend aus einheitli- ehern Material oder aus einer Wechselfolge von Quantentöpfen und Barrieren, einer auf der aktiven Zone abgeschiedenen zweiten Mantelschicht und einer auf der zweiten Mantelschicht abgeschiedenen Kontaktschicht; ganzflächiges Abscheiden und Strukturieren einer Grabenmaske zur Festlegung eines Graben- bereichs, der eine vielfache Breite eines nachfolgend innerhalb des Grabenbereichs aus der zweiten Mantelschicht und der Kontaktschicht zu erzeugenden Steges besitzt; Einbringen zusätzlicher Dotieratome in die Kontaktschicht und/oder Aktivieren der bereits vorhandenen Dotieratome der Kontaktschicht; Ausbilden einer im Wesentlichen streifenformigen Stegmaske innerhalb des Grabenbereichs; selektives Ätzen der Kontaktschicht und der zweiten Mantelschicht unter Verwendung der Grabenmaske und der Stegmaske als Abdeckmasken zur Ausbildung des Steges des Stegwellenleiters bei gleichzeitiger Ausbildung eines Grabens innerhalb des Grabenbereiches; im Wesentlichen kantenkonformes Abscheiden einer Passivierungsschicht aus elektrisch isolierendem Material; Abheben des auf der Stegmaske abgeschiedenen Materials der Passivierungsschicht durch Entfernen des unterliegenden Maskenmaterials der Stegmaske; und Abscheiden einer Metallisierungsschicht für den elektrischen Anschluss des Steges.The method according to the invention is thus characterized by the following manufacturing steps in the order given: Manufacture of a basic structure formed on a semiconductor substrate, in particular by epitaxial growth, with a first cladding layer, an active zone deposited on the first cladding layer, consisting of more uniform material or from an alternation of quantum wells and barriers, a second deposited on the active zone Cladding layer and a contact layer deposited on the second cladding layer; deposition and structuring of a trench mask over the entire surface in order to define a trench region which has a multiple width of a web subsequently to be produced within the trench region from the second cladding layer and the contact layer; Introducing additional doping atoms into the contact layer and / or activating the already existing doping atoms of the contact layer; Forming a substantially strip-shaped web mask within the trench region; selective etching of the contact layer and the second cladding layer using the trench mask and the land mask as cover masks for forming the web of the land waveguide while simultaneously forming a trench within the trench region; essentially depositing a passivation layer made of electrically insulating material conforming to the edges; Lifting off the material of the passivation layer deposited on the bridge mask by removing the underlying mask material of the bridge mask; and depositing a metallization layer for the electrical connection of the web.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Dotieren der Kontakt- schicht durch Eindiffundieren der Dotieratome.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the contact layer is doped by diffusing in the doping atoms.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Ätzen der Kontaktschicht und der zweiten Mantelschicht in zwei voneinander getrennten Ätz- schritten mit unterschiedlichen Ätzlösungen, wobei die Ätzung der jeweiligen Schicht selektiv gegenüber dem jeweils unterliegenden Material durchgeführt wird. Beim nass-chemischen Ät- zen der Kontaktschicht wird das von der Stegmaske abgedeckte Material unteratzt. Des Weiteren wird zur nass-chemischen Atzung der Kontaktschicht eine Schwefelsaure-Wasserstoffperoxid- Wasser-Atzlosung und zur nass-chemischen Ätzung der zweiten Mantelschicht eine Phosphorsaure-Salzsaure-Atzlosung verwen- det. Bei der Atzung der zweiten Mantelschicht erfolgt keineIn a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the contact layer and the second cladding layer are etched in two separate etching steps with different etching solutions, the etching of the respective layer being carried out selectively with respect to the underlying material. With wet chemical etching zen of the contact layer, the material covered by the bridge mask is undercut. Furthermore, a sulfuric acid-hydrogen peroxide-water etching solution is used for the wet-chemical etching of the contact layer and a phosphoric acid-hydrochloric acid etching solution is used for the wet-chemical etching of the second cladding layer. There is no etching of the second cladding layer
Unteratzung gegenüber der als Atzmaske wirkenden, strukturierten Kontaktschicht. Sämtliche nass-chemische Atzvorgange kommen in vertikaler Richtung an der der zu atzenden Schicht unmittelbar folgenden Grenzschicht aufgrund der materialspezifI- sehen Selektivität der Ätzlosungen zu stehen. Die Flankenwinkel der Kontaktschicht werden eindeutig durch die kristallo- graphisch bedingten Eigenschaften des Kontaktschichtmateπals vorgegeben bzw. bestimmt. Durch die Stegmaske wird m einem selbstjustierenden Prozess die Stegposition innerhalb des Gra- bens festgelegt, bezuglich der Breite des Steges aber lediglich der maximale Wert vorbestimmt.Understatement compared to the structured contact layer, which acts as an etching mask. All wet-chemical etching processes come to a vertical standstill at the boundary layer immediately following the layer to be etched due to the material-specific selectivity of the etching solutions. The flank angles of the contact layer are clearly predetermined or determined by the crystallographically determined properties of the contact layer material. The web mask defines the web position within the trench in a self-adjusting process, but only the maximum value is predetermined with respect to the width of the web.
In einem ersten nass-chemischen Atzschritt an der Kontaktschicht wird über das Ausmaß der lateralen Unteratzung der Stegmaske die Breite des entstehenden Wellenleitersteges festgelegt. Der stehenbleibende stegformige Rest der Kontaktschicht wirkt wegen der Selektivität des Atzangriffs zur zweiten Mantelschicht bei dem zweiten Ätzschritt als ideales Mas- kenmaterial: anschließend an die Kontaktschιcht-/Mantel- schichtgrenzflache bildet sich im Material der zweiten Mantelschicht ein kristallographisch vorgegebener Flankenwinkel aus, der auch bei überlangen Atzzeiten unverändert bleibt. Von Vorteil kann sich daher der aus der zweiten Mantelschicht her- ausgebildete Teil des Steges bundig an den stehengebliebenen Teil der Kontaktschicht anschließen.In a first wet-chemical etching step on the contact layer, the width of the resulting waveguide web is determined via the extent of the lateral undercut of the web mask. Because of the selectivity of the etching attack to the second cladding layer, the remaining web-shaped rest of the contact layer acts as an ideal mask material in the second etching step: after the contact layer / cladding layer boundary surface, a crystallographically predetermined flank angle is formed in the material of the second cladding layer, which also overlong etching times remains unchanged. The part of the web formed from the second cladding layer can therefore advantageously join flush with the part of the contact layer that has remained.
Gegenüber dem bisherigen Verfahren zur Herstellung einer sogenannten Ridge-Waveguide-Laservorπchtung mit einem Wellen- leitersteg auf der Basis der Materialien InGaAsP/InP besitzt die erfmdungsge aße Losung einer auf rein nass-chemisch erzeugten Dreibein-Anordnung der Laservorrichtung unter anderem folgende Vorteile: - Die nach dem Stand der Technik an sich als unerwünscht bezeichnete Unterätzung bei der Fertigung des Wellenleitersteges wird erfindungsgemäße gezielt im Sinne einer einfacheren Fertigung im Wege des nass-chemischen Ätzens ausge- nutzt; das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit eine Strukturierung der technologisch besonders kritischen Strukturen allein durch nass-chemische Ätzschritte. Auf diese Weise gelingt es, in einem relativ einfach durchzuführenden Arbeitsschritt, den etwa 2 bis 3 um breiten und etwa 1,5 bis 2 um hohen Wellenleitersteg geometrisch möglichst regelmäßig zu fertigen, um auf diese Weise letztlich zu einer möglichst glatten Linearität der Laserkennlinie (abgestrahlte Leistung (in mW) - eingespeister Laserstrom (in mA) ) als Kennzeichen der gewünschten optoelektronischen Eigenschaften des Lasers zu gelangen. Sonach gelingt es, Nichtlinearitäten, sogenannte , "Kinks" (Knicke) in der Laserkennlinie, die unter anderem auch von geometrischen Unregelmäßigkeiten des Wellenleitersteges stammen können, auf technologisch saubere Weise bei der Fertigung des Lasers zu vermeiden.Compared to the previous method for producing a so-called ridge waveguide laser device with a waveguide bridge based on the materials InGaAsP / InP, the solution according to the invention of a tripod arrangement of the laser device produced on a purely wet-chemical basis has the following advantages, among others: - The undercutting in the manufacture of the waveguide web, which is known as undesirable in the prior art, is specifically used in accordance with the invention in the sense of simpler manufacture by means of wet-chemical etching; the method according to the invention thus enables structuring of the technologically particularly critical structures solely by wet-chemical etching steps. In this way it is possible to produce the waveguide bridge, which is about 2 to 3 µm wide and about 1.5 to 2 µm high, geometrically as regularly as possible in a relatively simple step in order to ultimately achieve the smoothest possible linearity of the laser characteristic (emitted) Power (in mW) - injected laser current (in mA)) to identify the desired optoelectronic properties of the laser. It is thus possible to avoid non-linearities, so-called "kinks" (kinks) in the laser characteristic curve, which can also result, among other things, from geometric irregularities in the waveguide web, in a technologically clean manner during the manufacture of the laser.
Im Gegensatz zu den bisher bekannten Herstellungsverfahren ist bei der erfindungsgemäßen Lösung eine Oxidüberformung (Passivierungsschicht) erforderlich, die in einem einzigen Arbeitsschritt ausgebildet wird.In contrast to the previously known production processes, the solution according to the invention requires an oxide overmolding (passivation layer) which is formed in a single step.
- Mit der erfindungsgemäßen Lösung gelingt es ferner, eine technologisch saubere Überdeckung des Wellenleitersteges mit einer Metallisierungsschicht für den späteren Stromanschluss zu gewährleisten. Hierbei wird zur elektrischen Isolation gegenüber den nicht anzuschließenden Schichten die Passivierungsschicht kantenkonform und vollflächig abgeschieden, wobei dafür Sorge getragen ist, daß für den nachfolgenden Abhebeschritt definierte Abhebekanten an den gewünschten Stellen zur Verfügung stehen, damit das zur Abhebung eingesetzte Lösungsmittel in die übrigbleibende Photolackschicht eindringen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt nur noch einen einzigen Abhebeschritt, der zudem ohne mechani- sehe Unterstützung erfolgreich durchgeführt werden kann.- With the solution according to the invention it is also possible to ensure a technologically clean covering of the waveguide web with a metallization layer for the subsequent power connection. For electrical insulation from the layers that are not to be connected, the passivation layer is deposited to conform to the edges and over the entire surface, care being taken that defined lifting edges are available at the desired locations for the subsequent lifting step, so that the solvent used for lifting off can penetrate into the remaining photoresist layer . The method according to the invention only requires a single lifting step, which moreover without mechanical see support can be carried out successfully.
Bei einer besonders bevorzugten Ausfuhrung des erfmdungsge- maßen Verfahrens ist vorgesehen, daß zur nass-chemischen Ätzung der Kontaktschicht eine Schwefelsaure-Wasserstoffperoxid- Wasser-Ätzlösung verwendet wird. In besonders vorteilhafter Weise liegt hierbei die in der Atzlosung verwendete Schwefelsaure in nicht konzentrierter Form vor. Im Gegensatz zu den bisher verwendeten Atzlosungen für diesen Einsatzbereich wird anstelle einer konzentrierten Schwefelsaure wie bislang eine mit Wasser verdünnte Schwefelsaure verwendet, wobei das Schwe- felsaure-Wasser-Verhaltnis voreingestellt ist, und darüber hinaus eine nur geringe Konzentration des Oxidationsmittels Wasserstoffperoxid vorgesehen ist. Aufgrund der vorgeschlagenen Zusammensetzung der Ätzlosung werden zum Einen die im Hm- blick auf die entstehende Hydratationswarme und damit zusammenhangend eintretenden thermischen Zersetzungen insbesondere des Wasserstoffperoxidanteils einhergehenden Nachteile vermieden, und zum Anderen bleiben die gunstigen chemischen und physikalischen Eigenschaften einer Atzlosung mit hohem Schwefel- Säuregehalt erhalten. Erfmdungsgemaß wird die Atzaktivitat der Ätzlosung an arsenhaltigen Schichten durch den variablen Wasserstoffperoxidanteil bestimmt .In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that a sulfuric acid-hydrogen peroxide-water etching solution is used for the wet-chemical etching of the contact layer. In a particularly advantageous manner, the sulfuric acid used in the etching solution is present in a non-concentrated form. In contrast to the previously used etching solutions for this area of application, instead of a concentrated sulfuric acid, a sulfuric acid diluted with water is used as before, the sulfuric acid / water ratio being preset and, in addition, only a low concentration of the oxidizing agent hydrogen peroxide being provided. Due to the proposed composition of the etching solution, the disadvantages associated with the resulting heat of hydration and the associated thermal decomposition, in particular the hydrogen peroxide component, are avoided, and, on the other hand, the favorable chemical and physical properties of an etching solution with a high sulfuric acid content are retained. According to the invention, the etching activity of the etching solution on layers containing arsenic is determined by the variable proportion of hydrogen peroxide.
Hierdurch bedingt ergeben sich für nass-che ische Ätzlosungen im angegebenen Anwendungsbereich völlig neuartige Eigenschaften:This results in completely new properties for wet-chemical etching solutions in the specified area of application:
- Die Maskenunteratzung kann unabhängig von Unterschieden in der Maskenhaftung erfolgen und ist daher auch für lokal ge- störte Oberflächen erfolgreich durchzuführen. Der Einsatz spezieller Prozess-Schritte oder Maskentechnologien zur Verbesserung der Adhäsion des Maskenmaterials kann entfallen.- The mask understatement can be independent of differences in mask adhesion and can therefore also be carried out successfully for locally disrupted surfaces. The use of special process steps or mask technologies to improve the adhesion of the mask material can be omitted.
- Unter der Voraussetzung chemischer Homogenitat des Schicht- materials läßt sich eine kontrollierte, lateral extrem gleichmaßige Ätzwirkung erzielen, die nicht einmal durch mechanisch-physikalische Einflüsse wie etwa Kratzer oder der- gleichen zu stören ist (die vertikale Gleichmäßigkeit der- Under the condition of chemical homogeneity of the layer material, a controlled, laterally extremely uniform etching effect can be achieved, which cannot even be caused by mechanical-physical influences such as scratches or the like. the same is to be disturbed (the vertical uniformity of the
Atzung ist durch die vorhandene Selektivität gegenüber chemisch heterogenen Schichtsystemen vieler III-V-Halblei- terbauelemente ohnehin gegeben) .The selectivity towards chemically heterogeneous layer systems of many III-V semiconductor components means that etching occurs anyway).
- Eine Unteratzung als meist unvermeidbare Begleiterscheinung herkömmlicher nass-chemischer Ätzverfahren wird nach der Erfindung zu einem gezielt nutzbaren Effekt. So können beispielsweise komplizierte Verfahrenstechniken für Abhebeprozesse überflüssig gemacht werden.- An understatement as a usually unavoidable side effect of conventional wet-chemical etching processes becomes a specifically usable effect according to the invention. For example, complicated process techniques for lifting processes can be eliminated.
- Bedingt durch die Eliminierung des Einflusses nicht oder nur äußerst schwer kontrollierbarer Parameter auf das Ausmaß der Unteratzung kann dieser im allgemeinen unerwünschte Begleiteffekt bei der nass-chemischen Ätzung gezielt genutzt wer- den.- Due to the elimination of the influence on the extent of the understatement of parameters that are difficult or impossible to control, this generally undesirable accompanying effect in the wet-chemical etching can be used in a targeted manner.
- Außerdem ermöglicht die gezielt eingesetzte Unteratzung eine optimale Vereinbarkeit bei der Kombination der Prozessanforderungen hinsichtlich einer möglichst kantenuberdecken- den Passivierung m Verbindung mit einer einfach, aber zu- verlassig durchzuf hrenden Abhebetechnik.- In addition, the specifically used underpinning enables optimal compatibility when combining the process requirements with regard to passivation covering the edge as possible, in conjunction with a simple but reliable lifting technique.
Die genannten vorteilhaften Merkmale der Ätzwirkung bei der Atzung der Kontaktschicht hangen unmittelbar mit einigen der folgenden Grundeigenschaften des erfmdungsgemäß bevorzugten Atzlosungssystems zusammen:The mentioned advantageous features of the etching effect during the etching of the contact layer are directly related to some of the following basic properties of the etching solution system preferred according to the invention:
- Es liegt eine hohe Selektivität zwischen arsenhaltigen und nicht arsenhaltigen Schichten vor, das Ätzratenverhältnis betragt demzufolge typischerweise mehr als etwa 500:1.- There is a high selectivity between arsenic and non-arsenic layers, the etching rate ratio is therefore typically more than about 500: 1.
- Der geringe Wasserstoffperoxid-Volumenanteil in der Schwefelsäure-Mischung bedingt eine sehr hohe Selektivität zwischen herkömmlichen Positiv-Lacksystemen und ätzbarem Halb- leitermaterial, wobei die Zersetzung der Photolacke aufgrund des Atzangriffs so gering ist, daß sie nur bei Ätzzeiten im Bereich von Stunden überhaupt nachweisbar wird. - Der Wirkungsmechanismus an arsenhaltigen Schichten wird über den Wasserstoffperoxidgehalt der Losung eindeutig bestimmt. Die Reaktionsrate und damit zusammenhangende Eigenschaften der Atzlosung wie beispielsweise Richtungsunabhangigkeit der Atzrate (isotropes Atzverhalten) können somit gezielt auf die vorliegende Anwendung abgestimmt werden.- The low volume of hydrogen peroxide in the sulfuric acid mixture results in a very high selectivity between conventional positive coating systems and etchable semiconductor material, whereby the decomposition of the photoresists is so low due to the etching attack that they can only be detected at etching times in the range of hours becomes. - The mechanism of action on layers containing arsenic is clearly determined via the hydrogen peroxide content of the solution. The reaction rate and the associated properties of the etching solution, such as, for example, the directional independence of the etching rate (isotropic etching behavior) can thus be tailored to the present application.
- Die Atzlosung kann wegen des verhältnismäßig hohen Schwe- felsauregehaltes als spezifische Reinigungslosung benutzt werden, m dem der Wasserstoffperoxidgehalt - abhangig vom zu atzenden arsenhaltigen Schichtmaterial - auf sehr niedrige Werte gesenkt wird (beispielsweise Volumenkonzentrationen im 0, 1%-Bereιch) . Die Reaktionsraten sinken dabei auf nicht mehr feststellbare Werte. Im Übrigen kann die gleiche Losung durch eine nachträgliche Wasserstoffperoxidzugabe an- schließend wieder zum Atzen benutzt werden.- Because of the relatively high sulfuric acid content, the etching solution can be used as a specific cleaning solution by which the hydrogen peroxide content - depending on the layer material containing arsenic to be etched - is reduced to very low values (for example volume concentrations in the 0.1% range). The reaction rates drop to values that can no longer be determined. In addition, the same solution can subsequently be used for etching again by adding hydrogen peroxide.
- Da der Losungsansatz ein voreingestelltes Schwefelsau- re/Wasser-Verhaltnis verwendet, gibt es be Zusatz des geringen Wasserstoffperoxidante ls keine merkliche Erwärmung. Aus der fehlenden Eigenerwärmung leiten sich unmittelbar weitere wichtige Eigenschaften der erfmdungsgemaß bevorzugten Atzlosung ab:- Since the solution uses a preset sulfuric acid / water ratio, there is no noticeable warming when the low hydrogen peroxidant is added. The lack of self-heating directly leads to further important properties of the preferred etching solution according to the invention:
- Die Losung ist sofort nach Zugabe des Wasserstoffperoxids und Durchmischung verwendbar.- The solution can be used immediately after adding the hydrogen peroxide and mixing.
- Es findet keine nachweisbare Zersetzung des durch Temperaturerhöhung besonders zersetzungsgefahrdeten Wasserstoff- peroxidanteils statt, da diese Substanz unter gewohnlichen Lagerbedingungen bei Raumtemperatur stabil bleibt. Eine von selbst erzeugte störende Blasenbildung im Reaktionsmedium wird dadurch verhindert.- There is no detectable decomposition of the hydrogen peroxide portion, which is particularly at risk of decomposition, since this substance remains stable under normal storage conditions at room temperature. A self-generated disturbing bubble formation in the reaction medium is prevented.
- Es ist durch gezielte Wasserstoffperoxid-Zugabe eine defi- nierte Wasserstoffperoxid-Konzentrationsemstellung möglich.- A defined hydrogen peroxide concentration setting is possible through the targeted addition of hydrogen peroxide.
Eine Abhängigkeit vom Herstellungs- bzw. Mischungsverfahren (beispielsweise durch Große des Mengenansatzes oder Kuh- lungsbedmgungen wahrend der Mischung der Komponenten) kann nicht bestehen. Weiterhin sind Konzentrationsfehler durch Volumenausdehnungs- und Zersetzungseffekte ausgeschlossen.A dependency on the manufacturing or mixing process (for example, by the size of the batch or cow conditions during the mixing of the components) cannot exist. Furthermore, concentration errors due to volume expansion and decomposition effects are excluded.
- Die im Rahmen des erfmdungsgemaßen Verfahrens bevorzugte Atzlosung ermöglicht eine einfache Handhabbarkeit, da die- The preferred etching solution within the scope of the method according to the invention enables easy handling, since the
Atzlosung lediglich zweikomponentig und gefahrlos, d.h. ohne Erwärmung angesetzt werden kann.Etching solution only two-component and safe, i.e. can be applied without heating.
- Lange Standzeiten der Losung in der Größenordnung bis zu 48 Stunden sind durch den Einsatz stabiler bzw. stabil gehaltener Losungskomponenten möglich. Frische Losungsansatze oder definierte Standzeiten sind somit keine Voraussetzung für die Reproduzierbarkeit des Atzergebnisses.- Long service life of the solution of up to 48 hours is possible through the use of stable or stable solution components. Fresh solution approaches or defined service lives are therefore not a prerequisite for the reproducibility of the etching result.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfmdungsgemaßen Verfahrens bzw. der erfmdungsgemaßen Halbleiterlaservorrich- tung ergeben sich aus den weiteren Unteranspruchen.Further advantageous refinements of the method according to the invention or of the semiconductor laser device according to the invention result from the further subclaims.
Weitere Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfuh- rungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen: Figuren 1 bis 8 schematischen Schnittansichten die Reihenfolge der Prozess-Schritte eines Verfahrens zur Her- Stellung eines Stegwellenleiters III-V-Ver- bmdungshalbleiter-Schichtstrukturen gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung.Further features, advantages and practicalities of the invention result from the following description of an exemplary embodiment with reference to the drawing. 1 to 8 show schematic sectional views of the sequence of the process steps of a method for producing a ridge waveguide III-V compound semiconductor layer structures according to an exemplary embodiment of the invention.
Bevor die einzelnen Verfahrensschritte zur Fertigung einer er- f dungsgemaßen Halbleiterlaservorrichtung gemäß Ausfuhrungsbeispiel anhand der Figuren 1 bis 7 naher erläutert wird, wird zunächst anhand der schematischen Darstellung nach Figur 8 die fertiggestellte Halbleiterlaservorrichtung erläutert. Das Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 8 umfasst eine Metal-Clad- Ridge-Waveguide- (MCRW-) Laservorrichtung 1 mit einer auf einem Halbleiter-Substrat 2 aus n-dotiertem InP insbesondere durch epitaktisches Aufwachsen ausgebildeten Grundstruktur mit einer gleichfalls aus n-dotiertem InP bestehenden ersten Mantelschicht 3, einer auf der ersten Mantelschicht 3 abgeschiedenen aktiven Zone 4, einer auf der aktiven Zone 4 abgeschiedenen zweiten Mantelschicht 5 aus p-dotiertem InP, und einer auf der zweiten Mantelschicht 5 abgeschiedenen Kontaktschicht 6 aus p-dotiertem GalnAs. Die für die Rekombination und Lichterzeugung dienende aktive Zone 4 kann entweder aus einheitlichem Material oder aus einer Wechselfolge von Quantentöpfen und Barrieren bestehen; im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die aktive Zone 4 durch eine GalnAs-Doppel-Heterostruktur gebildet. Die aktive Zone 4 ist in an sich bekannter Weise von den ersten und zweiten Mantelschichten 3 und 5 umgeben, welche einen größeren Bandabstand als das Material der aktiven Zone besitzen, und zusammen mit einem streifenformigen Steg 7 einen Wellenleiter bilden und die notwendige Ladungsträgereingren- zung bewirken. Der Steg 7 des Stegwellenleiters ist hierbei innerhalb eines in der zweiten Mantelschicht 5 und der Kontaktschicht 6 gefertigten Grabens 8 gebildet, wobei die Breite des Grabens 8 etwa das zwanzigfache der Breite des Steges 7 besitzt. Der Steg 7 weist beispielsweise eine Breite von etwa 2 bis 3 um und eine Höhe von etwa 1,5 bis 3 um auf; die schematische Darstellung nach Figur 8 ist somit nicht streng maßstabsgetreu. Die Bezugsziffer 9 bezeichnet eine Passivierungsschicht aus vorzugsweise A1203, welche mit Ausnahme der auf der Oberseite 10 des Steges 7 sämtliche Bestandteile der Laservor- richtung 1 kantenkonform überdeckt. Darauf abgeschieden befindet sich eine Metallisierungsschicht 11 für den elektrischen Anschluss des Steges 7 an Kontaktanschlüsse und äussere Kontaktzuführungen, vermittels derer der zum Betrieb des Lasers 1 notwendige Laserstrom zugeführt wird, welche jedoch aus Grün- den der Übersichtlichkeit in den Figuren nicht näher dargestellt sind. Da die Kontaktschicht 6 in einem oberflächennahen Bereich, vorzugsweise durch einen Diffusionsschritt, zusätzlich dotiert ist und/oder die vorhandenen Dotieratome durch eine Temperung oder einen Laserblitz zusätzlich elektrisch ak- tiviert werden, ist der Kontaktwiderstand Halbleiter-Metall verringert. Nachfolgend werden anhand der Figuren 1 bis 7 in dieser Reihenfolge die aufeinanderfolgenden Prozess-Schritte zur Fertigung der erfindungsgemäßen Laservorrichtung näher erläutert, wobei in diesen Figuren aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit das Halbleiter-Substrat 2 und die erste Mantelschicht 3 nicht mehr dargestellt sind.Before the individual method steps for manufacturing an inventive semiconductor laser device according to the exemplary embodiment are explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 7, the finished semiconductor laser device is first explained with the aid of the schematic illustration according to FIG. The exemplary embodiment according to FIG. 8 comprises a metal clad ridge waveguide (MCRW) laser device 1 with a basic structure formed on a semiconductor substrate 2 made of n-doped InP, in particular by epitaxial growth a first cladding layer 3 likewise consisting of n-doped InP, an active zone 4 deposited on the first cladding layer 3, a second cladding layer 5 made of p-doped InP deposited on the active zone 4, and a contact layer 6 deposited on the second cladding layer 5 p-doped GalnAs. The active zone 4 used for the recombination and light generation can either consist of uniform material or of an alternation of quantum wells and barriers; In the exemplary embodiment shown, the active zone 4 is formed by a GalnAs double heterostructure. The active zone 4 is surrounded in a manner known per se by the first and second cladding layers 3 and 5, which have a larger band gap than the material of the active zone, and together with a strip-shaped web 7 form a waveguide and bring about the necessary charge carrier limitation . The web 7 of the web waveguide is formed here in a trench 8 made in the second cladding layer 5 and the contact layer 6, the width of the trench 8 being approximately twenty times the width of the web 7. The web 7 has, for example, a width of approximately 2 to 3 μm and a height of approximately 1.5 to 3 μm; the schematic representation according to FIG. 8 is therefore not strictly to scale. The reference number 9 denotes a passivation layer, preferably made of A1 2 0 3 , which, with the exception of the one on the top 10 of the web 7, covers all the components of the laser device 1 in conformity with the edges. A metallization layer 11 is deposited thereon for the electrical connection of the web 7 to contact connections and external contact leads, by means of which the laser current necessary for the operation of the laser 1 is supplied, which, however, are not shown in the figures for reasons of clarity. Since the contact layer 6 is additionally doped in a region near the surface, preferably by means of a diffusion step, and / or the existing doping atoms are additionally electrically activated by tempering or a laser flash, the contact resistance of the semiconductor metal is reduced. In the following, the successive process steps for manufacturing the laser device according to the invention are explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 7, the semiconductor substrate 2 and the first cladding layer 3 being no longer shown in these figures for reasons of clarity.
Auf die anhand Figur 8 näher erläuterte Grundstruktur mit den Schichten 3 bis 6 wird zunächst ganzflächig eine Hilfsmasken- schicht 12 aus InP vorzugsweise epitaktisch abgeschieden, was zweckmäßigerweise in einem Arbeitsgang während des Epitaxie- wachstums der gesamten Grundstruktur erfolgt. Die Schicht 12 besteht aus gegenüber der Kontaktschicht 6 selektiv ätzbarem Material und besitzt eine Stärke von etwa 0,2 um. Die Hilfs- maskenschicht 12 begünstigt bzw. vereinfacht die nachfolgende Fertigung des Steges 7 im Sinne einer Verringerung der Anzahl von Prozess-Schritten, und unterstützt im Übrigen die Definition einer sauberen Abhebekante beim abschließenden Abhebe- schritt, kann jedoch auch weggelassen werden, ohne vom erfindungsgemäßen Prinzip abzuweichen. Auf die ganzflächig abge- schiedene Hilfsmaskenschicht 12 wird Photolackmaterial aufgetragen, auf herkömmliche Weise photolithographisch belichtet und zur Ausbildung einer Grabenmaske 13 strukturiert, die für die folgenden Ätzschritte den Oberflächenbereich definiert, in welchem der in der umgebenden Grundstruktur versenkte Stegwellenleiter entstehen soll. In einer nachfolgenden nass- chemischen Ätzung wird zunächst die Hilfsmaskenschicht 12 an den von der Grabenmaske 13 nicht abgedeckten Stellen entfernt. Die Strukturierung der Hilfsmaske 12 ist in Figur 1 sche a- tisch dargestellt.An auxiliary mask layer 12 made of InP is preferably deposited epitaxially over the entire surface onto the basic structure with the layers 3 to 6, which is expediently carried out in one operation during the epitaxial growth of the entire basic structure. The layer 12 consists of material that can be selectively etched with respect to the contact layer 6 and has a thickness of approximately 0.2 μm. The auxiliary mask layer 12 favors or simplifies the subsequent production of the web 7 in the sense of a reduction in the number of process steps, and also supports the definition of a clean lifting edge during the final lifting step, but can also be omitted without the inventive step Deviate principle. Photoresist material is applied to the entire surface deposited auxiliary mask layer 12, exposed photolithographically in a conventional manner and structured to form a trench mask 13, which defines the surface area in the subsequent etching steps in which the ridge waveguide sunk in the surrounding basic structure is to be created. In a subsequent wet chemical etching, the auxiliary mask layer 12 is first removed at the points not covered by the trench mask 13. The structuring of the auxiliary mask 12 is shown schematically in FIG.
Dann wird an der Kontaktschicht mindestens im Bereich des später strukturierten Steges eines Zn-Kontaktdiffusion mittels Aufschleudern einer Zn-haltigen AI203-Aufschlämmung und anschließendem Diffusionstempern (z.B. 10 Sekunden bei 650°C) vorgenommen. Zur besseren elektrischen Aktivierung des Dotierstoffes kann noch ein zusätzlicher Temperschritt, beispielsweise für 10 Minuten bei 400°C in H2-, N2-, Ar-Gas oder einer Mischung hiervon angefugt werden. Die Aktivierung der Kontaktschicht kann auch in Form eines kurzen (< 100 ns) UV- Strahlungspulses einer Laserquelle (entweder zusatzlich oder ersatzweise zu den obigen Aktivierungsschritten) erfolgen. Anstelle des zusatzlichen Einbringens von Dotieratomen m die Kontaktschicht kann auch versucht werden, bereits wahrend der Epitaxie für eine genügend hohe Dotierstoffkonzentration zu sorgen und diese dann spater, wie oben beschrieben, zu aktivieren.Then a Zn contact diffusion is carried out on the contact layer at least in the area of the later structured web by spinning on a Zn-containing Al 2 0 3 slurry and subsequent diffusion annealing (for example 10 seconds at 650 ° C.). For better electrical activation of the dopant, an additional annealing step can be carried out, for example for 10 minutes at 400 ° C. in H 2 , N 2 , Ar gas or one Mixture of these can be added. The contact layer can also be activated in the form of a short (<100 ns) UV radiation pulse from a laser source (either in addition or as an alternative to the activation steps above). Instead of additionally introducing doping atoms into the contact layer, an attempt can also be made to ensure a sufficiently high dopant concentration during the epitaxy and then to activate it later, as described above.
Daran anschließend kann gemäß Figur 2 unter Verwendung der Grabenmaske 12, 13 die Kontaktschicht 6 zur Dickenkorrektur nass-chemisch wenigstens angeatzt werden, wobei dieser Atzschritt im Prinzip auch weggelassen werden kann.Following this, according to FIG. 2, using the trench mask 12, 13, the contact layer 6 for thickness correction can at least be wet-chemically etched on, wherein this etching step can in principle also be omitted.
Nachfolgend wird die bei den weiteren Schritten nicht mehr benotigte Fotolackmaske 13 entfernt, wobei die strukturierte Schicht 12 im Folgenden die Funktion der Grabenmaske übernimmt .The photoresist mask 13, which is no longer required in the further steps, is subsequently removed, the structured layer 12 subsequently taking over the function of the trench mask.
Daran anschließend wird vermittels herkömmlicher Phototechnik innerhalb des Grabenbereichs 14, vorzugsweise mittig eine streifenformige Stegmaske 15 aus Photolack ausgebildet, welche die Lage des zu atzenden Wellenleitersteges definiert (Figur 3) .Then, using conventional photo technology, a strip-shaped web mask 15 made of photoresist is formed in the trench region 14, preferably in the center, which defines the position of the waveguide web to be etched (FIG. 3).
Im nachfolgenden Prozess-Schritt wird gemäß Figur 4 unter Verwendung der Stegmaske 15 und der Hilfsmaskenschicht 12 als Abdeckmasken die Kontaktschicht 6 selektiv durch einen nass- chemischen Prozess mit exakt definierter Stegmaskenunteratzung dahingehend geatzt, daß das Ausmaß der Unteratzung an den mit der Bezugsziffer 16 bezeichneten Stellen weder von der Haftung der Photolackmaske 15 noch von lokalen Störungen der Kontaktschicht 6, noch von mikroskopischen Ungleichmäßigkeiten der Photolackflanken 17 beeinflußt wird. Dieser Atzprozess defi- niert die oberen seitlichen Abmessungen sowie die Homogenitat der Breite des entstehenden Steges und bewirkt in Folge der Maskierungswirkung der Hilfsmaskenschicht 12 im Außenbereich des Grabens eine Einbettung des Steges durch das unveränderte Epitaxie-Schichtensystem angrenzend an die in der ersten Phototechnik definierten Grabenabschnitte seitlich des Steges.In the subsequent process step, according to FIG. 4, using the web mask 15 and the auxiliary mask layer 12 as cover masks, the contact layer 6 is selectively etched by a wet chemical process with a precisely defined web mask undercut in such a way that the extent of the undercut at the points designated by the reference number 16 is neither influenced by the adhesion of the photoresist mask 15 nor by local disturbances in the contact layer 6, nor by microscopic irregularities in the photoresist flanks 17. This etching process defines the upper lateral dimensions as well as the homogeneity of the width of the web that is created and, as a result of the masking effect of the auxiliary mask layer 12 in the outer region of the trench, the web is embedded by the unchanged epitaxial layer system adjacent to the trench sections defined in the first photographic technique on the side of the web.
Zur nass-chemischen Ätzung der Kontaktschicht 6 wird vorzugsweise eine Schwefelsäure Wasserstoffperoxid-Wasser-Ätzlösung verwendet, wobei die Ätzung selektiv gegenüber dem Material der zweiten Mantelschicht 5 erfolgt, d.h. der Ätzvorgang kommt in vertikaler Richtung an der zu ätzenden Schicht 6 unmittel- bar folgenden Grenzfläche der zweiten Mantelschicht 5 aufgrund der materialspezifischen Selektivität der Ätzlösung zum Stehen (Ätzstopwirkung der zweiten Mantelschicht 5 gegenüber der gewählten Ätzlösung) . Gleichzeitig besteht ausreichende chemische Selektivität der gewählten Ätzlösung gegenüber der Gra- benmaske 12, so daß das Material der Hilfsmaskenschicht 12 bei der Ätzung der Kontaktschicht 6 innerhalb der Nachweisgrenze nicht angegriffen wird. Vorteilhafterweise sind die Seitenwände der streifenformigen Photolack-Stegmaske 15, und im Übrigen auch die Seitenwände der Grabenmaske 12 parallel zu den kri- stallographischen Richtungen [011] oder [Oll] orientiert. Mit diesem Ätzschritt gelingt eine gleichmäßig laterale Unterätzung der Photolack-Stegmaske 15, wobei die Flankenwinkel der geätzten Kontaktschicht 6 an den mit der Bezugsziffer 15 angedeuteten Stellen eindeutig durch die kristallographisch be- dingten Eigenschaften des Kontaktschichtmaterials vorgegeben bzw. bestimmt werden. Der Grad der Unterätzung der Kontaktschicht 6 an den Stellen 16 bestimmt gleichzeitig in eindeutiger Weise die Breite des nachfolgend vervollständigten Wellenleitersteges 7. Die erfindungsgemäße von Vorteil ausgenutzte Unterätzung der Kontaktschicht 6 kann dabei so gewählt werden, daß es beim nachfolgenden Abscheiden der Passivierungsschicht 9 nicht zu einer unerwünschten Verkleinerung der ohmschen Kontaktfläche auf der Oberseite 10 des Steges kommt. Im Zuge der mehr oder weniger ausgeprägten Flankenbildung an den Stellen 16 wird effektiv die Grenzfläche zwischen der später aufgebrachten Metallisierung 11 und der Kontaktschicht 6 an der Oberseite 10 vergrößert, so daß der Kontaktwiderstand letzt- lieh sogar geringer eingestellt werden kann.A sulfuric acid, hydrogen peroxide, water etching solution is preferably used for the wet chemical etching of the contact layer 6, the etching taking place selectively with respect to the material of the second cladding layer 5, ie the etching process occurs in the vertical direction at the interface 6 to be etched immediately following the second cladding layer 5 due to the material-specific selectivity of the etching solution to stand (etching stop effect of the second cladding layer 5 compared to the selected etching solution). At the same time, there is sufficient chemical selectivity of the selected etching solution with respect to the trench mask 12, so that the material of the auxiliary mask layer 12 is not attacked during the etching of the contact layer 6 within the detection limit. Advantageously, the side walls of the stripe-shaped photoresist web mask 15 and, moreover, also the side walls of the trench mask 12 are oriented parallel to the crystallographic directions [011] or [Oll]. With this etching step, a uniform lateral undercut of the photoresist land mask 15 is achieved, the flank angles of the etched contact layer 6 at the locations indicated by the reference number 15 being clearly predetermined or determined by the crystallographically determined properties of the contact layer material. The degree of undercutting of the contact layer 6 at the points 16 simultaneously unambiguously determines the width of the waveguide bridge 7 which is subsequently completed. The undercutting of the contact layer 6 which is advantageously used according to the invention can be chosen such that there is no formation of a deposit when the passivation layer 9 is subsequently deposited undesirable reduction in the ohmic contact surface on the top 10 of the web comes. In the course of the more or less pronounced flank formation at the points 16, the interface between the later applied metallization 11 and the contact layer 6 on the upper side 10 is effectively increased, so that the contact resistance ultimately lent even lower.
Daran anschließend erfolgt gemäß Figur 5 eine selektive nasschemische Atzung der zweiten Mantelschicht 5 zur Ausformung des Stegwellenle ters mit in weiten Grenzen veränderbarer Flankenform. Hierbei wird die reproduzierbar erzielbare Stegform außer durch die festgelegte Kristallrichtung und die vorgehende Kontaktschichtätzung insbesondere durch die Atzlosung, die Atzzeit und die Atztemperatur, im Hinblick auf die Tiefe des Steges unter Umstanden auch durch den konkreten Aufbau der Epitaxie-Schichtenfolge bestimmt. Aufgrund einer geeignet aufeinander abgestimmten Atzlosung und Materialzusammensetzung wird bei diesem Prozess-Schritt gleichzeitig die restliche Hilfsmaskenschicht 12 im Außenbereich des Grabens entfernt. Wegen der chemischen Selektivität dieses Atzprozesses uber- nimmt nach vollständiger Auflosung der Hilfsmaskenschicht 12 die noch verbleibende Kontaktschicht 6 die weitere Maskierungsfunktion. Zur nass-chemischen Atzung der zweiten Mantelschicht 5 wird in bevorzugter Weise eine Phosphor-Salzsaure- Losung verwendet, wobei aufgrund der chemischen Selektivität das Material der Kontaktschicht 6 und die unterhalb der zweiten Mantelschicht 5 angeordnete Schicht 4 von dieser Atzlosung nicht angegriffen wird. Die Schicht 4 dient somit bei diesem Atzschritt wiederum als Atzstop. Bei der nass-chemischen Atzung der zweiten Mantelschicht 5 findet keine Uberatzung ge- genüber der als Maske wirkenden Kontaktschicht 6 statt, so daß die im vorhergehenden Atzschritt eingestellte Unteratzung der Kontaktschicht 6 an den Stellen 16 eindeutig die Stegbreite des Wellenleitersteges 7 bestimmt.This is followed by a selective wet chemical etching of the second cladding layer 5 to form the web wave conductor with a flank shape that can be varied within wide limits. In this case, the reproducibly achievable web shape is determined in addition to the defined crystal direction and the preceding contact layer etching, in particular by the etching solution, the etching time and the etching temperature, with regard to the depth of the web, and possibly also by the specific structure of the epitaxial layer sequence. Due to a suitably coordinated etching solution and material composition, the remaining auxiliary mask layer 12 in the outer region of the trench is simultaneously removed in this process step. Because of the chemical selectivity of this etching process, after the auxiliary mask layer 12 has completely dissolved, the remaining contact layer 6 takes over the further masking function. A phosphorus hydrochloric acid solution is preferably used for wet-chemical etching of the second cladding layer 5, the etching solution not attacking the material of the contact layer 6 and the layer 4 arranged below the second cladding layer 5 due to the chemical selectivity. Layer 4 thus again serves as an etching stop in this etching step. In the case of the wet-chemical etching of the second cladding layer 5, there is no transmission compared to the contact layer 6 acting as a mask, so that the undersizing of the contact layer 6 set at the points 16 in the previous etching step clearly determines the web width of the waveguide web 7.
Daran anschließend wird gemäß Figur 6 eine Passivierungsschicht aus A1203 ganzflachig und kantenkonform auf die sich ergebende Gesamtstruktur vermittels einem ionenstrahlgestütz- ten Sputter-Prozess aufgebracht, wobei an den mit der Bezugsziffer 16 bezeichneten Stellen technologisch sauber definier et Lücken in der Passivierungsschicht 9 verbleiben, durch die im nachfolgenden Abhebeschritt das im Abhebeprozess zum Einsatz gelangende Losungsmittel ohne Weiteres eindringen kann. Figur 7 zeigt den entsprechenden Zustand nach dem Abheben des auf der Photolackoberfläche gesputterten Al203-Materials durch Auflösen des Photolacks der Stegmaske 15 in einem geeigneten Lösungsmittel unter Ausnutzung der gezielten Unterätzung des Photolacks während der vorhergehenden Kontaktschichtätzung.Then, according to FIG. 6, a passivation layer made of A1 2 0 3 is applied over the entire surface and in conformance with the edges to the resulting overall structure by means of an ion beam-supported sputtering process, gaps in the passivation layer 9 remaining in the passivation layer 9, which are technologically neatly defined at the points designated by the reference number 16 , through which the solvent used in the lifting process can easily penetrate in the subsequent lifting step. FIG. 7 shows the corresponding state after the Al 2 O 3 material sputtered on the photoresist surface has been lifted off by dissolving the photoresist of the web mask 15 in a suitable solvent, using the targeted undercut of the photoresist during the previous contact layer etching.
In einem abschließenden Metallisierungsschritt wird gemäß Figur 8 eine Metallisierungsschicht 11 für den elektrischen An- schluss des Steges 7 aufgebracht. In a final metallization step, a metallization layer 11 is applied according to FIG. 8 for the electrical connection of the web 7.

Claims

17 WO 99/49544 PCT7DE99/00892Patentansprüche 17 WO 99/49544 PCT7DE99 / 00892 patent claims
I . Verfahren zur Herstellung eines Stegwellenleiters in III-V- Verbindungshalbleiter-Schichtstrukturen, mit den Schritten :I. Method for producing a ridge waveguide in III-V compound semiconductor layer structures, with the steps:
- Fertigen einer auf einem Halbleiter-Substrat (2) insbesondere durch epitaktisches Aufwachsen ausgebildeten Grundstruktur mit einer ersten Mantelschicht (3) , einer auf der ersten Mantelschicht (3) abgeschiedenen aktiven Zone (4) bestehend aus einheitlichem Material oder aus einer Wechselfolge von Quantentöpfen und Barrieren, einer auf der aktiven Zone (4) abgeschiedenen zweiten Mantelschicht (5) und einer auf der zweiten Mantelschicht (5) abgeschiedenen Kontaktschicht (6);- Manufacture of a basic structure formed on a semiconductor substrate (2), in particular by epitaxial growth, with a first cladding layer (3), an active zone (4) deposited on the first cladding layer (3), consisting of uniform material or an alternating sequence of quantum wells and Barriers, a second cladding layer (5) deposited on the active zone (4) and a contact layer (6) deposited on the second cladding layer (5);
- ganzflächiges Abscheiden und Strukturieren einer Grabenmaske- Complete separation and structuring of a trench mask
(12, 13) zur Festlegung eines Grabenbereiches (14), der eine vielfache Breite eines nachfolgend innerhalb des Grabenbereiches (14) aus der zweiten Mantelschicht (5) und der Kontaktschicht (6) zu erzeugenden Steges (7) besitzt;(12, 13) for defining a trench region (14) which has a multiple width of a web (7) to be produced subsequently within the trench region (14) from the second cladding layer (5) and the contact layer (6);
- Einbringen zusätzlicher Dotieratome in die Kontaktschicht- Introduction of additional doping atoms in the contact layer
(6) und/oder Aktivieren der zusätzlich eingebrachten oder der bereits vorhandenen Dotieratome;(6) and / or activating the additionally introduced or already existing doping atoms;
- Ausbilden einer im Wesentlichen streifenformigen Stegmaske- Form a substantially strip-shaped web mask
(15) innerhalb des Grabenbereichs (14);(15) within the trench area (14);
- selektives Ätzen der Kontaktschicht (6) und der zweiten Man- telschicht (5) unter Verwendung der Grabenmaske und der- Selective etching of the contact layer (6) and the second cladding layer (5) using the trench mask and the
Stegmaske (15) als Abdeckmasken zur Ausbildung des Steges (7) des Stegwellenleiters bei gleichzeitiger Ausbildung eines Grabens (8) innerhalb des Grabenbereiches (14);Web mask (15) as cover masks for forming the web (7) of the web waveguide while simultaneously forming a trench (8) within the trench region (14);
- im Wesentlichen kantenkonformes Abscheiden einer Passivierungsschicht (9) aus elektrisch isolierendem Material; 18 - Abheben des auf der Stegmaske (15) abgeschiedenen Materials der Passivierungsschicht (9) durch Entfernen des unterliegenden Maskenmaterials der Stegmaske (15) ; und- Deposition of a passivation layer (9) made of electrically insulating material, essentially conforming to the edge; 18 - lifting off the material of the passivation layer (9) deposited on the web mask (15) by removing the underlying mask material of the web mask (15); and
- Abscheiden einer Metallisierungsschicht (11) für den elek- frischen Anschluss des Steges (7) .- Deposition of a metallization layer (11) for the fresh connection of the web (7).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Dotieratome durch Eindiffundieren oder Implantieren in die Kontaktschicht (6) eingebracht werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the additional doping atoms are introduced by diffusion or implantation in the contact layer (6).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotieratome Zn-Atome sind und daß das Eindiffundieren durch Aufschleudern einer Zn-haltigen Al203-Aufschlämmung und anschließendes Tempern, beispielsweise für 10 Sekunden bei 650°C, durchgeführt wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the doping atoms are Zn atoms and that the diffusion is carried out by spinning on a Zn-containing Al 2 0 3 slurry and subsequent annealing, for example for 10 seconds at 650 ° C.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches Tempern in H2-, N2-, Ar-Gas oder einer Mischung hiervon, beispielsweise für 10 Minuten bei 400°C, angefügt wird.4. The method according to claim 3, characterized in that an additional annealing in H 2 -, N 2 -, Ar gas or a mixture thereof, for example for 10 minutes at 400 ° C, is added.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aktivieren der zusätzlich eingebrachten oder bereits vorhandenen Dotieratome mindestens teilweise durch einen UV- Strahlungspuls einer Laserquelle erfolgt.5. The method according to claim 1, characterized in that the activation of the additionally introduced or already existing doping atoms is carried out at least partially by a UV radiation pulse from a laser source.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen der Kontaktschicht (6) und der zweiten Mantelschicht (5) zur Ausbildung des Steges (7) des Stegwel- lenleiters nass-chemisch erfolgt.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the etching of the contact layer (6) and the second cladding layer (5) to form the web (7) of the web waveguide is carried out wet-chemically.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen der Kontaktschicht (6) und der zweiten Mantelschicht (5) in zwei voneinander getrennten Ätzschritten mit unterschiedli- chen Ätzlösungen durchgeführt wird, wobei die Ätzung der jeweiligen Schicht selektiv gegenüber dem jeweils unterliegenden Material durchgeführt wird. 197. The method according to claim 6, characterized in that the etching of the contact layer (6) and the second cladding layer (5) is carried out in two separate etching steps with different etching solutions, the etching of the respective layer being selective with respect to the respective underlying material is carried out. 19
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim nass-chemischen Ätzen der Kontaktschicht (6) das von der Stegmaske (15) abgedeckte Material unterätzt wird.8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the wet chemical etching of the contact layer (6) from the web mask (15) covered material is under-etched.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur nass-chemischen Ätzung der Kontaktschicht (6) eine Schwefelsäure-Wasserstoffperoxid-Wasser- Ätzlösung verwendet wird.9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that a sulfuric acid-hydrogen peroxide-water etching solution is used for wet-chemical etching of the contact layer (6).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur nass-chemischen Ätzung der zweiten Mantelschicht (5) eine Phosphorsäure-Salzsäure-Ätzlösung verwendet wird.10. The method according to any one of claims 6 to 9, characterized in that a phosphoric acid-hydrochloric acid etching solution is used for wet-chemical etching of the second cladding layer (5).
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ätzung der zweiten Mantelschicht (5) keine Unterätzung gegenüber der als Ätzmaske wirkenden, strukturierten Kontaktschicht (6) erfolgt.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that during the etching of the second cladding layer (5) there is no undercut compared to the structured contact layer (6) acting as an etching mask.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche nass-chemische Atzvorgänge in vertikaler Richtung an der der zu ätzenden Schicht unmittelbar folgenden Grenzschicht aufgrund der materialspezifischen Selektivität der Ätzlösungen zu stehen kommen.12. The method according to any one of the preceding claims 6 to 11, characterized in that all wet chemical etching processes come to a standstill in the vertical direction at the boundary layer immediately following the layer to be etched due to the material-specific selectivity of the etching solutions.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Flankenwinkel der Kontaktschicht (6) eindeutig durch die kristallographisch bedingten Eigenschaften des Kontaktschichtmaterials vorgegeben bzw. bestimmt werden.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the flank angle of the contact layer (6) is clearly predetermined or determined by the crystallographic properties of the contact layer material.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Stegmaske (15) in einem selbstjustierenden Prozess die Stegposition innerhalb des Grabens festgelegt wird, bezüglich der Breite des Steges aber ledig- lieh der maximale Wert vorbestimmt wird.14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the web position within the trench is determined by the web mask (15) in a self-adjusting process, but only the maximum value is predetermined with respect to the width of the web.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge- 20 kennzeichnet, daß die Grabenmaske eine aus Halbleitermaterial bestehende Schicht aufweist und die Stegmaske (15) eine Photolackmaske darstellt.15. The method according to any one of claims 1 to 14, thereby 20 indicates that the trench mask has a layer consisting of semiconductor material and the web mask (15) represents a photoresist mask.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Orientierung der Stegmaske (15) und/oder16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the orientation of the web mask (15) and / or
Grabenmaske parallel zu den kristallographischen Richtungen [Olli oder roh] ausgerichtet wird.Trench mask is aligned parallel to the crystallographic directions [Olli or raw].
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Passivierungsschicht (9) A1203 aufweist und vermittels einem ionenstrahlgestützten Sputterprozess- Schritt (16) ganzflächig abgeschieden wird.17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the passivation layer (9) has A1 2 0 3 and is deposited over the entire surface by means of an ion beam-supported sputtering process step (16).
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch ge- kennzeichnet, daß auf die Grundstruktur für die Ausbildung der18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that on the basic structure for the formation of
Grabenmaske ganzflächig eine Hilfsmaskenschicht (12) abgeschieden wird, die zur Festlegung des Grabenbereiches (14) selektiv geätzt wird.An auxiliary mask layer (12) is deposited over the entire surface of the trench mask and is selectively etched to define the trench region (14).
19. Halbleiterlaservorrichtung mit einer auf einem Halbleiter- Substrat (2) insbesondere durch epitaktisches Aufwachsen ausgebildeten Grundstruktur mit einer ersten Mantelschicht (3), einer auf der ersten Mantelschicht (3) abgeschiedenen aktiven Zone (4) bestehend aus einheitlichem Material oder aus einer Wechselfolge von Quantentöpfen und Barrieren, einer auf der aktiven Zone (4) abgeschiedenen zweiten Mantelschicht (5) , und einer auf der zweiten Mantelschicht (5) abgeschiedenen Kontaktschicht (6), wobei die zweite Mantelschicht (5) und die Kontaktschicht (6) über dem laseraktiven Bereich zu einem im Wesentlichen streifenformigen Steg (7) eines Stegwellenleiters gebildet sind, dadurch gekennzeichnet,19. Semiconductor laser device with a basic structure formed on a semiconductor substrate (2), in particular by epitaxial growth, with a first cladding layer (3), an active zone (4) deposited on the first cladding layer (3), consisting of uniform material or of an alternation of Quantum wells and barriers, a second cladding layer (5) deposited on the active zone (4), and a contact layer (6) deposited on the second cladding layer (5), the second cladding layer (5) and the contact layer (6) over the laser-active layer Area to form a substantially strip-shaped web (7) of a web waveguide, characterized in that
- daß in einen oberflächennahen Bereich der Kontaktschicht (6) Dotieratome eingebracht sind; - daß der Steg (7) des Stegwellenleiters innerhalb eines in der zweiten Mantelschicht (5) und der Kontaktschicht (6) gefertigten Grabens (8) gebildet ist, wobei die Breite des Gra- 21 bens (8) ein Vielfaches der Breite des Steges (7) besitzt.- That doping atoms are introduced into a region of the contact layer (6) close to the surface; - That the web (7) of the web waveguide is formed within a trench (8) made in the second cladding layer (5) and the contact layer (6), the width of the gra- 21 bens (8) has a multiple of the width of the web (7).
20. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotieratome durch Eindiffundieren eingebracht sind.20. A semiconductor device according to claim 17, characterized in that the doping atoms are introduced by diffusion.
21. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotieratome Zn-Atome sind und daß das Eindiffundieren durch Aufschleudern einer Zn-haltigen A1203- Aufschlämmung und anschließendem Diffusionstempern, beispiels- weise für 5 Sekunden bei 560°C, durchgeführt worden ist.21. A semiconductor laser device according to claim 20, characterized in that the doping atoms are Zn atoms and that the diffusion has been carried out by spinning on a Zn-containing A1 2 0 3 slurry and subsequent diffusion annealing, for example for 5 seconds at 560 ° C is.
22. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis22. A semiconductor laser device according to any one of claims 19 to
21, dadurch gekennzeichnet, daß die außerhalb des Grabenbereiches (14) liegenden Bestandteile der Kontaktschicht (6), die Seitenwände und Böden des Grabens (8), sowie die Seitenwände des aus der zweiten Mantelschicht (5) und der Kontaktschicht (6) gebildeten Steges (7) im Wesentlichen kantenkonform durch eine Passivierungsschicht (9) aus elektrisch isolierendem Material überdeckt sind, und eine auf der Passivierungsschicht (9) und der von der Passivierungsschicht (9) nicht abgedeckten Oberseite (10) des Steges (7) abgeschiedene Metallisierungs- schicht (11) für den elektrischen Anschluss des Steges (7) vorgesehen ist.21, characterized in that the components of the contact layer (6) lying outside the trench region (14), the side walls and bottoms of the trench (8), and the side walls of the web formed from the second cladding layer (5) and the contact layer (6) (7) are covered essentially conforming to the edges by a passivation layer (9) made of electrically insulating material, and a metallization layer deposited on the passivation layer (9) and the top side (10) of the web (7) that is not covered by the passivation layer (9) (11) is provided for the electrical connection of the web (7).
23. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis23. A semiconductor laser device according to one of claims 19 to
22, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht (9) A1203 aufweist.22, characterized in that the passivation layer (9) has A1 2 0 3 .
24. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Mantelschicht (5) InP aufweist, und die Kontaktschicht (6) InGaAs aufweist. 24. Semiconductor laser device according to one of claims 19 to 23, characterized in that the second cladding layer (5) has InP, and the contact layer (6) has InGaAs.
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