成果報告書詳細
管理番号20160000000817
タイトル平成27年度‐平成28年度成果報告書 戦略的省エネルギー技術革新プログラム/省エネルギー技術開発事業の重要技術に係る周辺技術・関連課題の検討/ミニマルファブを用いた化合物半導体デバイス製造における省エネルギープロセスの課題顕在化調査
公開日2016/10/15
報告書年度2015 - 2016
委託先名浜松ホトニクス株式会社
プロジェクト番号P12004
部署名省エネルギー部
和文要約本調査事業では、省エネルギー生産方式であるミニマルファブを用いて化合物半導体デバイスである半導体レーザーの作製を行うにあたり、作製時の各工程における解決すべき課題を把握することを目的としている。この目的の為に、以下の2つの開発項目を実施した。 1‐(1)レーザー作製プロセスにおける致命的な課題の発生の有無の確認(H27年度実施) 1)ファブトライアルの実施 本事業を円滑に進めるため、ミニマルファブ各装置の実力を把握することを目的に、産総研の「ファブトライアル」というプログラムを活用し、p-MOSFETの作製を実施した。このプログラムには、半導体レーザーの作製に必要な、基板洗浄工程、レジスト塗布と除去工程、パターンの露光現像工程、エッチング工程、パターン合わせ工程が含まれており、ミニマルファブが化合物半導体プロセスに対しても有用であることを確認することができた。 2)ファブリペロー・リッジ導波路型半導体レーザーの作製 上記ファブトライアル実施で得られた情報を反映し、ミニマルファブを用いてファブリペロー・リッジ導波路型半導体レーザーであるマルチモードレーザーの作製を試み、当初致命的な課題として想定した3つの課題 ア)化合物半導体基板がプロセス途中で欠けたり、へき開方向に割れたりしないか、イ)リフトオフに必要な厚膜レジストの塗布と逆テーパー形状の形成ができるか、ウ)結晶面方位が、刳り抜かれた基板においても正確に認識できるのか、について、障害が無いことを確認した。レーザーの作製は、必要な装置すべてがミニマル装置として揃っていないため、一部の工程は従来のメガファブ装置を用いて実施し、レーザー発振を確認した。それと同時に、リフトオフ工程への超音波洗浄の導入、エッチング量の制御性の向上を目的にウエットエッチング装置の温度調整性能の向上と薬液流量の制御性向上や超音波の導入、マーキングラインに対するレーザーマスクレス描画装置の角度制御向上と、化合物刳り抜き基板の供給体制の確立の課題を抽出した。 以上により、レーザー作製プロセスにおける致命的な課題発生は無いことを確認し、戦略的省エネルギー技術革新プログラムの実用化開発フェーズへの参加可能性があるとの判断に至ることができた。 1‐(2)実用レベルのレーザー特性を得るための課題抽出(H28年度実施) 実用に近いシングルモードレーザーの作製を試み、課題の抽出を行った。シングルモードレーザーは、1‐(1)2)で作製したブロードエリアを有するマルチモードレーザーに比べて、細かなパターニングが必要となるため、それに必要な緻密な加工が可能かどうかを見極めることと、ミニマルファブによる電極アニールの可能性を確認することを目的とした。その結果、エッチングの制御性の向上、超音波機能の追加や、エッチング液の流量制御性および温度制御の改善点など、複数の検討課題を抽出することができた。また、ミニマル集光加熱炉を用いた電極アニールを実施し、オーミックコンタクトを得ることができた。これらの課題はあるものの、作製したシングルモードレーザーを最終的に発振させることができたため、ミニマルファブ生産方式を化合物半導体レーザー製造へ適用することは十分可能であることがわかった。今後の実用化開発により、上記の抽出課題を解決し、ミニマルファブ装置群全体の完成度を向上することで、化合物半導体の製造現場へのミニマルファブ生産方式導入が実現可能であり、将来的に半導体製造分野全般でメガファブからミニマルファブへ置き換えが進めば、高い省エネルギー効果が見込まれる。
英文要約The purpose of this research is to reveal the various problems in fabricating semiconductor lasers as one of compound semiconductor devices by using Minimal-Fab system. For this purpose, we tried following two research items. 1-1: Confirmation of The Absence of The Fatal Faults in The Production of Semiconductor Laser (Carried out in 2015 budget year) The purpose is to decide submitting of the saving energy proposal by confirming the absence of fatal problems in the semiconductor laser manufacturing process using Minimal-Fab systems. For this purpose, we tried fabricating of Fabry-Perot ridge stripe semiconductor laser using Minimal-Fab. As a result, we confirmed that, in the fabrication of laser device, there were no fatal problems such as followings a) cracking or chipping the thin compound semiconductor wafer in the process b) non-uniform coating of the thick resist film and un-formation of inverted mesa shape required for lift-off process c) un-sustaining of crystal face orientation in the hollowed substrate. Because all of the equipments are not aligned as Minimal-Fab, some steps were carried by conventional systems. At the end, laser emission from the fabricated lasers was confirmed. And we extracted the several tasks to be solved in lift-off process, wet etching process, mask-less lithography system.
1-2: Extraction of agendas to Be Solved for Fabrication of Laser with Practical Performances (Carried out in 2016 budget year) We tried fabricating of practical single-mode laser, and extracted the tasks in fabrication process. The single-mode laser has a narrow ridge mesa structure as around 10um. Therefore, it is the aim of this trial fabrication that unveiling the problems in micro-fabrication using Minimal-Fab system. Further, it is also the aim that we try annealing of n-side electrode for ohmic contact using Minimal-Fab. So, we challenged to fabricate of a narrow ridge-mesa structure. But in the actually obtained devices, the width of top-mesa was less than designed one. And the deviation of width was large. This is caused that the etching process toward lateral direction. We found that lack the controllability of etching in the mesa fabrication process. By carrying out the electrode annealing using a minimal light-condensing furnace, it was possible to obtain an ohmic contact. Furthermore, in mesa etching process, etching depth was much deeper at partial place. Although there were these problems, because it was possible to a single-mode laser produced finally oscillated, it was found that it is quite possible to apply the Minimal-Fab to the semiconductor laser fabrication. We make sure to realize to replace the Minimal-Fab from mega system by resolving these extracted objects and improving the completeness of Minimal-Fab system. This will beget high energy-saving effect.
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