专利名称：脊形波导式半导体光器件及其制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体光器件，包括半导体激光器，半导体光放大器，发光二极管等，以及该类器件的制作方法。
背景技术：
以激光器为例，传统的脊形波导式半导体激光器的横截面构造附图2所示。中间高突的部分是脊形光波导。脊形波导两侧的绝缘层8起着让上部电极的外加电流只通过脊形波导领域注入活性层3而产生激光的作用，从而降低半导体激光器的驱动电流。其制作过程主要为1、用晶体外延生长法在半导体衬底层2上面生长上激光器所需的层状结构，其中主要是把电变成光的活性层3，限制光波用的上部包被薄层4，防止某种化学液蚀刻作用的蚀刻阻挡层5，上部包被厚层6和经过重掺杂而有很低电阻的电流接触层7。
2、用光刻法制成波导条形掩膜后，对波导条形的两侧领域用选择性蚀刻法，即选择性蚀刻液的化学蚀刻过程会在蚀刻到蚀刻阻挡层5上表面时因为该蚀刻阻挡层5的成分不同而受阻即停止蚀刻，进行化学蚀刻而做成脊形波导后，在包括电流接触层7和蚀刻阻挡层5的上表面用真空镀膜等方法形成整块绝缘层。
3、用甩胶方法在整块绝缘层8上形成均匀的光刻胶层并且烘干。
4、用光刻机和曝光掩膜只对脊形波导上的电流接触层上表面的领域进行曝光，然后通过现像液只去掉电流接触层上表面的光刻胶，保留其他领域的光刻胶然后烘干。
5、以剩下的光刻胶层为掩膜，对电流接触层上表面进行化学蚀刻，以去除掉其上的绝缘层，从而让电流接触层上表面外露出来。脊形波导两侧的绝缘层8则仍保留完好。
6、用真空镀膜或别的方法同时形成整块的上部金属电极层9。
7、磨薄衬底层2后做成下部电极层1。
由此可见，该工艺步骤繁多，技术要求很高，尤其是在脊形波导设计得狭窄或高突的情况下，工艺步骤4和步骤5就更难合格完成。因此，传统构造和制作技术有成本高、成品率低而且限制了设计自由和限制了性能提高等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种更高性能却又更低成本的半导体光器件，同时提供该器件的制作方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是本发明中的半导体光器件具有层状结构，所述层状结构自下而上依次为下部电极层、半导体衬底层、活性层和上部包被薄层。
本发明的结构特点是在所述上部包被薄层的上方为平板状绝缘层、在所述平板状绝缘层的中央具有宽度可事先设定制作的电流注入通道，在平板状绝缘层的上方、以电流注入通道为中心，具有脊形上部包被厚层，上部包被厚层的上面为电流接触层，上部电极层整体覆盖在包括电流接触层以及绝缘层的表面。
本发明半导体光器件制作方法的特点是具有如下步骤。
a、采用晶体外延生长法在半导体衬底层的上面生长光器件所需的层状结构，包括自下而上的活性层、上部包被薄层、蚀刻阻挡层、上部包被厚层和电流接触层；其中所述蚀刻阻挡层为含有易氧化成分并可被氧化为绝缘体的材质；b、光刻法制成波导条形掩膜后，对波导条形的两侧领域用选择性蚀刻法进行化学蚀刻，蚀刻至阻挡层外露，形成中央高突的脊形波导；c、在氧化环境中使蚀刻层逐渐氧化变成绝缘，并保留其中央有作为电流注入通道的未被氧化部分。控制氧化处理时间以控制该未被氧化部分的大小即电流注入通道的宽窄；d、在电流接触层和因氧化而变成的绝缘层的表面形成整体的上部电极层，并磨薄衬底层后在其底部形成下部电极层即可。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在1、针对本发明光器件的结构特点，外加电流只能从平板状绝缘层的中央电流注入通道中注入活性层，从而有效地限制了注入电流的无益扩散，大大降低了激光器件的驱动电流。同时，还可以不通过做狭窄脊形波导来降低激光器的驱动电流，而代以工艺上更加方便的宽脊形波导来提高电流接触层的接触性能和激光器的工作稳定性，激光器的驱动电流则通过缩小电流注入通道的宽度来降低。
2、本发明制备工艺步骤大为简化，各工艺技术要求不高。不管在脊形波导设计得狭窄或高低的情况下，工艺上都一样的方便。
3、本发明制备工艺中，可以通过控制氧化处理的速度和时间来控制未被氧化部分的电流注入通道的宽度，从而控制驱动电流大小。
4、本发明在结构上和制作技术上有成本很低、成品率高而且不限制设计自由、有利于器件各方面性能的极大提高等优点。
5、本发明广泛适用于半导体激光器，发光二极管、半导体光放大器和集成光器件等。
图1为本发明半导体激光器结构的横截面示意图。
图2为传统的脊形波导式半导体激光器结构的横截面示意图。
具体实施例方式参见图1，本实施例中的半导体激光器具有层状结构，与已有技术相同的是，该层状结构自下而上同样依次为下部电极层1、半导体衬底层2、活性层3和上部包被薄层4。其中，活性层3的作用主要是提供光增益，上部包被薄层4和上部包被厚层6的作用是限制光波。
图1示出，本实施例中与已有技术不同的是在上部包被薄层4的上方为平板状绝缘层5、在平板状绝缘层5的中央具有宽度可调的电流注入通道5a，在平板状绝缘层5的上方、以电流注入通道5a为中心，具有脊形上部包被厚层6，上部包被厚层6的上面为电流接触层7，上部电极层9整体覆盖在包括电流接触层7以及绝缘层5的表面。其中，电流接触层7为重掺杂而有很低的电阻。
在这一结构形式中，外加电流从平板状绝缘层5的中央电流注入通道5a中注入活性层3，并以此来限制注入电流的无益扩散。
具体制作方法的步骤为1、采用常规的晶体外延生长法在半导体衬底层的上面生长光器件所需的层状结构，包括自下而上的活性层、上部包被薄层、蚀刻阻挡层、上部包被厚层和电流接触层。
本实施例中，蚀刻阻挡层采用含有易氧化成分并可被氧化为绝缘体的材质。具体可以为含铝的化合物半导体，比如在GaAs，InP半导体激光器中采用含铝化合物半导体AlAs，InAlAs或其他材质。
2、接着用光刻法制成波导条形掩膜后，对波导条形的两侧领域用选择性蚀刻法进行蚀刻，蚀刻直至蚀刻阻挡层外露，形成中央高突的脊形波导。
3、在氧化环境中使蚀刻层逐渐氧化，并保留其中央有作为电流注入通道的未被氧化部分。可以是在高温水蒸汽或高温氧气等氧化环境中。氧化过程是随着氧化时间的增加而由蚀刻阻挡层的外露表面向里面的纵横方向进行的，所以控制其氧化温度和时间可以控制未被氧化部分的宽度，进而控制驱动电流大小。
4、然后采用真空镀膜法等在电流接触层和因氧化而变绝缘的绝缘层的表面形成整体的上部电极层，并磨薄衬底层后在其底部形成下部电极层即可。
权利要求
1.脊形波导式半导体光器件具有层状结构，所述层状结构自下而上依次为下部电极层(1)、半导体衬底层(2)、活性层(3)和上部包被薄层(4)，其特征是在所述上部包被薄层(4)的上方为平板状绝缘层(5)、在所述平板状绝缘层(5)的中央具有宽度可事先设定制作的电流注入通道(5a)，在平板状绝缘层(5)的上方、以电流注入通道(5a)为中心，具有脊形上部包被厚层(6)，上部包被厚层(6)的上面为电流接触层(7)，上部电极层(9)整体覆盖在包括电流接触层(7)以及绝缘层(5)的表面。
2.一种权利要求1所述脊形波导式半导体光器件的制作方法，其特征是具有如下步骤a、采用晶体外延生长法在半导体衬底层的上面生长光器件所需的层状结构，包括自下而上的活性层、上部包被薄层、蚀刻阻挡层、上部包被厚层和电流接触层；其中所述蚀刻阻挡层为含有易氧化成分并可被氧化为绝缘体的材质；b、光刻法制成波导条形掩膜后，对波导条形的两侧领域用选择性蚀刻法进行化学蚀刻，蚀刻至阻挡层外露，形成中央高突的脊形波导；c、在氧化环境中使蚀刻层逐渐氧化变成绝缘，并保留其中央有作为电流注入通道的未被氧化部分，控制氧化处理时间以控制该未被氧化部分的大小即电流注入通道的宽窄；d、在电流接触层和因氧化而变成的绝缘层的表面形成整体的上部电极层，并磨薄衬底层后在其底部形成下部电极层即可。
全文摘要
脊形波导式半导体光器件及其制作方法，具有层状结构，自下而上依次为下部电极层、半导体衬底层、活性层和上部包被薄层，其特征是在上部包被薄层的上方为平板状绝缘层，其中央具有宽度可事先设定制作的电流注入通道，其上方以电流注入通道为中心，具有脊形上部包被厚层，上部包被厚层的上面为电流接触层，上部电极层整体覆盖在电流接触层以及绝缘层的表面。本发明在结构上和制作技术上有成本很低、成品率高而且不限制设计自由、有利于器件性能的极大提高等优点，广泛适用于半导体激光器，发光二极管、半导体光放大器和集成光器件等。
文档编号H01L33/00GK1624994SQ20031010654
公开日2005年6月8日 申请日期2003年12月5日 优先权日2003年12月5日
发明者陈农 申请人:陈农