Reactive ion etching of InP-based quantum cascade lasers

Abstract

In der vorliegende Arbeit wird die Technik des Trockenätzen in Bezug auf der Herstellung von aus InP basierten Quantenkaskadenlasern untersucht. In einem ersten Kapitel werden die Prinzipien des Ätzmechanismus sowie der dafür verwendete Instrumente erläutert. Es folgt ein Kapitel mit der Beschreibung der durchgeführten Experimenten und der Verknüpfung der Ergebnissen mit den theoretischen Voraussagen; schließlich wird ein möglicher Herstellungprozess aus den optimalen Werten der untersuchten Parametern zusammengestellt. Kennzeichen des Herstellungprozesses sind ein relativ niedriger Druck von 3 microbar in dem Plasmareaktor, die Nutzung eines aus Methan, Argon und Wasserstoff bestehendes Plasmas im ungefähren Druckverhältnis von 0.2:0.03:0.77 und das Befestigen der Probe auf einer Quartzplatte durch thermisch leitfähigen Klebstoff. In einer ersten Phase wird das InP-Substrat mit der oben genannten Rezept trocken geätzt, folglich wird das Al-enthaltenden laseraktiven Medium nass geätzt und als letzter Schritt folgt trockenätzen der unterliegendes InP-Substrates. Auf dieser Weise konnte eine Laserstruktur erreichender Qualität erzeugt werden, mit senkrechte Seitenwänden und einen hohen Maß an Selektivität. Während der Erfolg des Rezeptes in der Aufbau eines Lasers noch nicht bestätigt ist, wurde sie erfolgreich in der Anfertigung von Gitter mit verteilter Rückkopplung angewendet.

The present work investigates the technique of dry etching applied to the processing of InP-based quantum cascade lasers. In a first chapter, the working principles of the etching mechanism and of the used instruments are explained. The second chapter is concerned with the description of experimental details and with linking the results to the theoretical framework; finally, a possible approach for the fabrication of laser structures is described. The main features of this procedure are a relatively low pressure of 3 microbar in the plasma reactor, the usage of a methane, argon and hydrogen composed plasma with partial pressure ratio of 0.2:0.03:0.77 and the fixing of the specimen to a quartz plate with thermally conductive paste. In a first phase, the InP-substrate is dry etched with the recipe mentioned above; successively, the Al-containing active region is wet etched, and a last dry etching step is performed to etch into the underlying InP-substrate. In this way, a laser structure of decent quality could be obtained, with vertical sidewalls and a good degree of selectivity. While the success of such recipe in the process of a laser is still not confirmed, the latter was successfully applied to the manufacturing of distributed feedback gratings.