半导体激光器、其制造方法和电子器件的制造方法

专利名称：半导体激光器、其制造方法和电子器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及面发射(surface emitting)半导体激光器，其制造方法，和电子器件的制造方法。
背景技术：
近年来，作为光通讯的激光器，人们已经注意到VCSEL(垂直腔面发射激光器)。这样的面发射激光器具有一种结构，其中有源层的上和下表面夹在n型反射层和p型反射层之间。一般地，由半导体多层膜制成的DBR(分布式布拉格反射器)用于每个n型反射层和p型反射层。
一般地，所谓柱型台结构被用作面发射激光器的结构(例如，请参考专利文件1JP-A-2001-210908)。图15显示具有这样一种柱型台结构的面发射激光器的实例。如图15所示，为了制造这样的一种面发射激光器，在n型GaAs衬底101上依次生长n型DBR层102、下覆层103、有源层104、上覆层105、p型AlAs层106、p型DBR层107和p型GaAs接触层108。此后，通过光刻和干法蚀刻在垂直于衬底表面的方向上各向异性地蚀刻下覆层103、有源层104、上覆层105、p型AlAs层106、p型DBR层107和p型GaAs接触层108，由此制成具有30μm直径的圆柱台形状。随后，通过从外周选择性地氧化p型AlAs层106，形成环行氧化层109。形成以高效率将电流注入有源层104的电流限制结构。随后，在平台的上部分中形成环行p侧电极110。在n型GaAs衬底101的背表面上形成n侧电极111。p侧电极110的开口部分成为光输出窗口。面发射激光器中，通过跨p侧电极110和n侧电极111施加电压和将电流注入有源层104，在n型DBR层102和p型DBR层107之间发生激光谐振，且激光在垂直于衬底表面的方向取出。面发射激光器中，如果电流限制直径(p型AlAs层106的直径)等于约15μm，则电流只被均匀地和有效地注入p型AlAs层106下的有源层104，使得可以进行有效的激光振荡。
这样的面发射激光器中，振荡横模的控制是重要的问题。通常地，已知已经实际使用的面发射激光器的FFP(远场图案)容易变成具有两个或更多峰的多模图案。另一方面，为了当应用于通讯等时将激光束通过透镜与光纤耦合，就光学设计而言仍然需要单峰的高斯分布形状的光束(一般地，单横模光束)。
但是，如图16所示，柱型台结构的面发射激光器中，特别是在选择性地振荡单峰的单横模的情况中，一般使用减小p型AlAs层106的电流限制直径的方法。即，因为限制直径的尺寸几乎正比于将被激发的模式的数量，所以如果电流注入区被缩窄至一定程度，则自然地可以获得窄区域中激发的单一模式作为输出光。但是，如果使用这样的方法，则因为需要极大地减小限制直径至4μm或更小(参考非专利文件1M.Grabherr et al.，“IEEE.Photon.Tech.Lett.”，Vol.9，No.10，page1304，或类似文献)，所以为了均匀地在晶片上制造具有高度可控性的电流限制结构，可允许的宽度是窄的，且面发射激光器的制造成品率极度降低。因为电流集中地注入p型AlAs层106的区域，该区域的面积与普通面发射激光器的面积小了一位数，且其是如此之窄的区域，所以器件电阻高(一般100Ω或更高)，输出小且效率也低。通讯本质需要的高频驱动也因为阻抗失配而困难。因为单模性能具有输出依赖性，在高频驱动等时存在劣化趋势(模式竞争等)，据认为将这样的面发射激光器应用于高频驱动的光传输是困难的。
专利文件2(JP-A-9-246660)中，提出了一种以这样一种方式构建的面发射半导体激光器设备，即，在n型GaAs衬底上依次生长n型GaAlAs光导层、有源层和p型GaAlAs光导层；在p型GaAlAs光导层上形成圆形衍射光栅；在该衍射光栅上生长n型GaAlAs电流阻挡层；在n型GaAlAs电流阻挡层中形成窗口；和在窗口上进一步生长p型GaAlAs光导层。但是，依据专利文件2，因为衍射光栅是通过平版印刷和蚀刻形成的，所以这样的技术不同于本发明，本发明中通过氧化在出光窗口部分形成折射率分布。

发明内容
期望提供一种面发射半导体激光器和一种面发射激光器的制造方法，该激光器可以以如单横模的单峰光束进行激光振荡，通过该方法可以容易地以高成品率制造这样的面发射半导体激光器。
而且还期望提供电子器件的制造方法，通过该方法可以容易地分开诸如晶体管等的电子器件。
本发明的发明人已经努力地研究了前述的问题。现将描述这样的研究的概要。
依据发明人所进行的各种试验获得的知识，获得如下的结果对于面发射激光器的振荡横模来说，不仅电流限制直径而且作为发光最外表面的平台上表面的光学状态，详细说来是接近其的折射率分布，均对之具有极大的影响，且模式对折射率或形状的小变化极度敏感。因此，以各种状态形成平台上表面形状且检查其与振荡模式的关系，从而发现振荡模式不仅受平台上表面的半导体表面的形状的显著影响，而且受恰在其上的(just over it)电极结构的影响。另外，已经发现在以上的制造步骤中，在如图1A所示的半导体-电极的形状中可以稳定地获得如单横模的单峰光束的振荡。图1A中，参考标记1指示DBR层；2指示接触层；3指示绝缘层；4指示电极。如下考虑该机理。第一，该结构包括接触层2、绝缘层3和电极4三个元件。该结构被分解为以下光学元件。首先，每个因窗口开口蚀刻而成为环形的接触层2和相似地因绝缘层开口蚀刻而成为环形的绝缘层3均具有阶梯形状，且形成恰如图1B所示的凹透镜5的状态作为折射率分布。至于它们中的另一个，孔径结构6靠近平台中心形成，孔径结构6通过由例如金(Au)制成的电极形成且小于接触层2的窗口内径。孔径结构6等效于折射率分布结构，在该结构中，通过金的复折射率(例如，对于具有0.85μm波长的光，折射率的实数部分等于0.2而虚数部分(吸收系数)等于5.6)合成图1B所示的凸透镜7与吸收开口，即，孔径结构6。这意味复合的光学系统与凹透镜5一起形成。另外，由于那些结构设置得与面发射激光器的谐振器接触，它们作为谐振器结构的一部分而工作。此时，据认为，如图1B所示，因为通过氧化物限制孔径结构8在一定程度上选择的激光谐振模式中的较高阶模式具有宽输出角度，根据谐振腔内的谐振条件，通过如下工艺步骤使得该模式被回收(fetched)诸如凹透镜5结构中的散射、吸收开口中的吸收和凸透镜7中的会聚，由于和氧化物限制孔径结构8的结合运行，强制性地选择了几乎一种模式，从而进行单横模振荡。
本发明的发明人还基于以上研究进行了考察，从而发现了一种方法，依据该方法，为了进一步改善前述的效应，通过对光输出平面自身形成如凹透镜的折射率分布，振荡光模式自身被赋予了该效应，由此抑止较高阶模式和实现单一模式。已经发现，为了对光输出平面形成如凹透镜的折射率分布，在对光输出平面辐射光的同时，将光输出平面置于氧化气氛，特别是蒸汽气氛以氧化光输出平面是有效的。
即，虽然AlGaAs用于例如GaAs VCSEL(波长等于850nm)、GaInNAsVCSEL(波长等于1300nm)等中的光输出平面，但是已知这样的AlGaAs会获取诸如空气的气氛中的氧并会自然氧化。特别地，当Al组份的量大时，这样的氧化是显著的，而用于VCSEL的电流限制的氧化机制与这样的氧化机制相同。而且还已知，通过气氛中的湿气容易氧化AlGaAs且当温度高时发生氧化反应。已知的事实是，在运输半导体器件和面发射激光器之前，所谓烧进(burn-in)是有效的，在烧进中，在高温下将器件设为电流供给状态且保持该状态预定的时间，随后特性变得稳定。
面发射激光器中，可以以一种形式在光输出平面上形成氧化物层，通过在高湿环境中执行烧进，该形式是实现单模的最佳形式。换言之，在对面发射激光器供给电流的情况中，可以通过调整电流将激光器设置为单峰光束形状。可以容易地设想，在以单峰光束形状取得输出光的同时，将面发射激光器置于高湿环境以氧化光输出平面上的AlGaAs。但是，该例中，已经试验发现，氧化反应是由发射的光推进的，被光强烈辐射的部分与更大量的氧耦合，并且氧化深度变大。通过EDX分析可以容易地分析此类现象。此类现象是以光作为催化剂推进且再现性也高的反应。作为该反应的结果，在光输出平面上形成折射率分布，该折射率分布如凹透镜的折射率分布，其折射率当位置接近中心时变小，且激光器进入直接影响振荡光波前的状态。可以提到的决定氧化的程度和其形状的因素为气氛温度、湿度(蒸汽)、光输出平面的组份(Al组份)、衬底温度、供给电流、光强分布等。作为实际执行的烧进试验的结果，证实AlGaAs表面沿光强分布被氧化。
基于以上的研究做出本发明。
即，为了解决以上问题，依据第一发明的实施例，提供有面发射半导体激光器，其包括第一反射层；第一反射层上的有源层；和有源层上的第二反射层，且从第二反射层取出输出光，其中具有预定折射率分布的氧化物层形成于第二反射层上。
依据第二发明的实施例，提供有一种面发射半导体激光器的制造方法，该激光器包括第一反射层；第一反射层上的有源层；和有源层上的第二反射层，且从第二反射层取出输出光，其中通过在辐射具有预定强度分布的光的同时执行氧化，在第二反射层上形成氧化物层。
在第一和第二发明中，氧化物层具有预定的折射率分布，且通过氧化物层的厚度(深度)的分布和/或氧化物层的组成(密度)的分布可以获得该预定的折射率分布。该预定的折射率分布典型是如凹透镜的折射率分布。虽然只要在辐射光的同时通过氧化可以获得需要的折射率分布，氧化物层本质上可以是任意氧化物层，但是它通常是Al氧化物层。通常，氧化物层是含Al化合物半导体层，特别是含Al的III-V族化合物半导体层。作为含Al的III-V族化合物半导体层，具体而言，例如，有AlGaAs层、AlGaInP层等。特别地，假设Al组份用“x”表达，x值落在0＜x＜1的范围，优选地，0.3＜x＜0.9。
通常，虽然是在从第二反射层取出具有预定强度分布的输出光的同时执行氧化以形成氧化物层的，但是通过在从外部辐射具有预定强度分布的光的同时氧化也可以获得相似的效果。优选地，通过在蒸汽气氛中辐射具有预定强度分布的光执行氧化。优选地，60℃或更高的温度和60％或更高的湿度的蒸汽气氛用作蒸汽气氛。典型地，在第二反射层的顶部分中形成含Al化合物半导体层，且在辐射具有预定强度分布的光的同时氧化含Al化合物半导体层，由此形成氧化物层。氧化物层形成之后，为了抑止随后的氧化的进展和稳定这样的状态，优选地，形成通过CVD等方法形成的诸如SiNx膜的保护膜或通过涂布等方法形成的有机膜，由此覆盖氧化物层。优选地氧化物层形成晶片状态。
第一和第二反射层通常是半导体多层膜(DBR)、其中之一是n型，而另一是p型。有源层和第二反射层的每个都典型具有圆柱形状，即平台型柱结构。另外通常，在第二反射层上形成具有圆形开口的接触层。在第二反射层上在接触层的开口中形成氧化物层。在接触层和第二反射层之上形成电极，该电极具有小于接触层开口直径的圆形孔。在第二反射层上在电极的开口中形成氧化物层。在接触层和电极之间形成绝缘层。以上的结构相似于参考图1A和1B所述的结构。
依据第三发明的实施例，提供有具有含Al化合物半导体激光器的电子器件的制造方法，其中在辐射具有预定强度分布的光同时，通过氧化在含Al的化合物半导体层中形成氧化物层。
通过在含Al的化合物半导体层中形成深入期望深度的氧化物层可以分开器件。含Al的化合物半导体层通常是含Al的III-V族化合物半导体层。电子器件通常是诸如晶体管等的半导体器件。
第三发明中，只要不矛盾，就满足结合第一和第二发明的所述内容。
如上所述构建的本发明中，通过在辐射具有预定强度分布的光的同时氧化，利用光作为催化剂的氧化依据强度分布而发展，使得可以在第二反射层上形成具有预定折射率分布的氧化物层。
依据本发明的实施例，通过将氧化物层的折射率分布设为如凹透镜的折射率分布，在激光振荡时可以抑止较高阶模式且可以进行单模振荡。因此，可以获得能够以如单横模的单峰光束进行激光振荡的面发射半导体激光器。仅仅通过在辐射光的同时将氧化物层置于氧化环境就可以获得具有目标折射率分布的氧化物层。为了以单横模振荡不需极度减小电流限制直径。因此，可以容易地以高成品率制造这样的面发射半导体激光器。另外，在电子器件中，可以通过氧化物层容易地将它们分开。


图1A和1B是用于说明以单模振荡面发射半导体激光器的结构的示意图；图2是显示依据本发明的实施例的面发射半导体激光器的横截面图；图3是依据本发明的实施例的面发射半导体激光器的平台部分的平面图；图4是放大显示接近依据本发明的实施例的面发射激光器的光输出部分的横截面图；图5是用于说明依据本发明的实施例的面发射半导体激光器的制造方法的横截面图；图6是用于说明依据本发明的实施例的面发射半导体激光器的制造方法的横截面图；图7是用于说明依据本发明的实施例的面发射半导体激光器的制造方法的横截面图；图8是用于说明依据本发明的实施例的面发射半导体激光器的制造方法的横截面图；
图9是用于说明依据本发明的实施例的面发射半导体激光器的制造方法的横截面图；图10是用于说明依据本发明的实施例的面发射半导体激光器的制造方法的横截面图；图11A至11C是显示接近通过依据本发明的实施例的面发射半导体激光器的制造方法制造的面发射半导体激光器的光输出部分的部分的SEM图像和氧分布的照片；图12是显示通过依据本发明的实施例的面发射半导体激光器的制造方法制造的面发射半导体激光器的FFP的测量结果的曲线图；图13A和13B是用于说明依据本发明的另一实施例的HEMT的制造方法的横截面图；图14是用于说明电流限制层的形成方法的示意图；图15是显示柱型平台结构的传统面发射激光器的横截面图；以及图16是显示柱型平台结构的传统面发射激光器的横截面图；具体实施方式
将参考附图在以下描述本发明的实施例。在所有实施例的附图中的相同或相应的部分由相同的参考标记指示。
图2是依据本发明的实施例的面发射半导体激光器的横截面图。图3是面发射半导体激光器的平台柱部分的平面图。图4是接近面发射半导体激光器的光输出部分的部分的放大的横截面图。
如图2至4所示，面发射半导体激光器中，例如，在如n型GaAs衬底的n型半导体衬底11上依次层叠n型DBR层12、下覆层13、作为发光层的有源层14、上覆层15、电流限制层16、p型DBR层17和p型接触层18。
n型DBR层12是通过交替层叠n型AlAs层12a和n型GaAs层12b获得的半导体多层膜。例如，那些层被层叠35个周期，使得叠层的总厚度等于约4μm。下覆层13由例如AlxGa1-xAs制成且例如x＝0.3。有源层14由例如GaAs制成。上覆层15由例如AlyGa1-yAs制成且例如y＝0.3。电流限制层16具有一种结构，其中通过环形Al氧化物层16b围绕圆形p型AlAs层16a的周边。p型AlAs层16a成为电流在其中流动的部分。p型AlAs层16a的直径等于例如约12μm。p型AlAs层16a和Al氧化物层16b的每个的厚度等于例如约30nm。p型DBR层17是通过交替层叠p型AlzGa1-zAs层17a和p型AlwGa1-wAs层17b(其中，z＞w，0＜z，w＜1)获得的半导体多层膜。例如，那些层被层叠25个周期，使得叠层的总厚度等于约3μm。例如，z＝0.9且w＝0.1。提供电流限制层16取代p型AlzGa1-zAs层17a作为p型DBR层1 7的最低层。p型接触层18由p型GaAs制成，其厚度等于例如约150nm且其杂质浓度等于5×1018m-3。
作为n型DBR层12的顶层的n型GaAs层12b、下覆层13、有源层14、上覆层15、电流限制层16、p型DBR层17和p型接触层18整体上具有圆柱形状且具有柱型平台形状。该平台部分的直径等于例如约30至40μm。p型接触层18在中心部分具有圆形开口18a，且p型接触层18具有环行形状。开口18a的直径等于例如约20μm。
形成由SiO2膜或SiNx膜制成的绝缘膜19来覆盖平台部分的表面和平台部分以外的部分中的n型DBR层12的表面。绝缘膜19的厚度等于例如约300nm。在绝缘膜19中在与p型接触层18的开口18a的位置一致的位置形成具有与开口18a的直径相同的直径的开口19a。在开口19a的外侧形成环形开口19b。提供p侧电极20，使其通过开口19b与p型接触层18欧姆接触。p侧电极20由例如Ti/Pt/Au层压膜制成且其总厚度等于约500nm。p侧电极20在中心部分具有圆形开口20a且p侧电极20具有环形形状。p侧电极20的开口20a的直径小于p型接触层18的开口18a的直径，且等于例如约14μm。
通过p型接触层18、绝缘膜19和p侧电极20构建的结构基本与参考图1A和1B所描述的结构相同。
在p侧电极20的开口20a中(参考图3)在作为p型DBR层17的顶层的p型AlwGa1-wAs层17b中形成圆形形状的Al氧化物层21。作为顶层的p型AlwGa1-wAs层的厚度设置为例如约60nm且w设置为在(0.3≤w≤0.9)的范围内的值。Al氧化物层21的厚度从其外部周边部分向其中心部分增加且在中心部分变成最大。Al氧化物层21具有平凸透镜形状。Al氧化物层21的中心部分的厚度等于例如约10nm。除了厚度的增加，Al-O耦合的密度从其外部周边部分向中心部分增加且在中心部分变成最大。因为Al氧化物层21的密度小于p型AlwGa1-wAs层17b的密度，所以Al氧化物层21的折射率相应于Al氧化物层21的厚度的分布或Al-O耦合的密度分布，从其外部周边部分向中心部分减小，且在中心部分变成最小。Al氧化物层21具有如凹透镜的折射率分布。在Al氧化物层21上形成由例如SiNx膜、有机膜等制成的保护膜22来覆盖它。
在n型半导体衬底11的背表面上形成n侧电极23来与其欧姆接触。N侧电极23由例如AuGe/Ni/Au层压膜制成。
现将描述如上述构造的面发射半导体激光器的制造方法。
如图5所示，首先，通过例如金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在n型半导体衬底11上依次生长n型DBR层12、下覆层13、有源层14、上覆层15、p型AlAs层24、p型DBR层17和p型接触层18。
随后，通过例如等离子体CVD方法在p型接触层18上形成例如SiNx膜(未显示)。通过光刻进一步在SiNx膜上形成圆形光致抗蚀剂图案(未显示)。其后，通过使用光致抗蚀剂图案作为掩模通过反应离子蚀刻(RIE)方法利用例如CF4作为蚀刻气体蚀刻SiNx膜。以该方式形成圆形SiNx膜。
以该方式形成的圆形SiNx膜用作蚀刻掩模，且通过RIE方法利用例如氯系气体作为蚀刻气体在垂直于衬底的方向各向异性地蚀刻直到作为n型DBR层12的顶层的n型GaAs层12b。这样，作为n型DBR层12的顶层的n型GaAs层12b、下覆层13、有源层14、上覆层15、p型AlAs层24、p型DBR层17和p型接触层18制作成为柱型平台形状，如图6所示。
随后，以该方式形成的平台部分在例如400℃的温度下在蒸汽气氛中加热约25分钟，且只有p型AlAs层24的外部周边部分被选择性地氧化为环形。因此，如图7所示，形成电流限制层16，其中环形形状Al氧化物层16b围绕圆形p型AlAs层16a。
随后，通过例如RIE方法蚀刻去除用作蚀刻掩模的SiNx膜。其后，如图8所示，通过例如等离子体CVD方法在平台部分的表面上和n型DBR层12的表面除平台部分之外的部分上形成由例如SiO2膜、SiNx膜等制成的绝缘膜19。随后，通过蚀刻去除平台柱部分上的绝缘膜19的中心部分，由此形成圆形开口19a。其后，通过利用绝缘膜19作为蚀刻掩模蚀刻p型接触层18，形成开口18a。其后，通过蚀刻以环形形状去除开口18a的外侧的绝缘膜19的部分，由此形成开口19b。
随后，如图9所示，通过真空蒸发沉积方法等在整个表面上形成Ti/Pt/Au层压膜，由此形成p侧电极20。其后，通过蚀刻构图p侧电极20成为预定的形状，形成开口20a。
随后，在按照需要从背表面侧抛光n型半导体衬底11至预定的厚度之后，通过真空蒸发沉积方法等在n型半导体衬底11的背表面上形成AuGe/Ni/Au层压膜，由此形成n侧电极23。
随后，如图10所示，通过跨如上所述制造的面发射半导体激光器的p侧电极20和n侧电极23注入阈值电流或更大电流进行激光振荡。此时，调整注入电流以获得单峰性能的光束形状，且从p侧电极20的开口20a提取激光束。在具有单峰性能的光束形状的激光束已经如上述被取出的状态中，将面发射半导体激光器置于高温和高湿的环境中。具体而言，例如，假设温度设置为60℃或更大且湿度设置为60％或更大，暴露于外窗口的表面的p型AlwGa1-wAs层17b被氧化。该氧化工艺随着激光束的强度分布而发展。强度较大的部分的氧化进展较快。氧化的程度具有依据激光束的强度分布的分布。如图4所示，如上述形成平凸透镜形状的Al氧化物层21，使得在Al氧化物膜21的该部分获得如凹透镜的折射率分布。一般地，如果光输出等于几个mW，则足够使氧化发展。
随后通过CVD方法、涂布方法等在Al氧化物膜21上形成保护膜22。其后，如上述获得的激光晶片形成为芯片形状。以该方式制造目标面发射半导体激光器。
图11A显示面发射半导体激光器的平台部分的SEM(扫描电子显微镜)照片，其中通过以上方法在输出窗口中已经形成Al氧化物膜21。图11B显示接近面发射半导体激光器的输出窗口的部分的SEM照片。图11C显示输出窗口部分的氧分布。通过在高温和高湿气氛下对面发射半导体激光器提供3mA的电流持续10小时形成Al氧化物膜21，其中温度等于85℃且湿度等于85％。暴露于输出窗口的表面的p型AlwGa1-wAs层17b的w值等于0.5。如图11C所示，p侧电极20的开口20a的中心是白色的，且该状态对应于Al氧化物层21中氧浓度在中心较高的状态。
图12显示将电流提供给面发射半导体激光器的工艺之前和之后的FFPH(FFP的H波)的测量结果(光输出等于1mW)，在该工艺中通过前述的方法在输出窗口中已经形成Al氧化物层21，即，已进行烧进。通过在高温和高湿环境下对面发射半导体激光器提供5mA的电流持续5小时形成Al氧化物层21，其中温度等于85℃且湿度等于85％。暴露于输出窗口的表面的p型AlwGa1-wAs层17b的w值等于0.5。图12中，横轴代表从法线方向测量的角度，其中在输出窗口的中心所绘的法线方向被用作参考(0°)，且纵轴代表光强。从图12可以理解烧进之后的FFP的半宽值与烧入之前的半宽值相比小了约30％或更多。
依据上述的实施例，除了使用相似于参考图1所述的结构，因为在光输出平面中(光输出窗口)形成Al氧化物层21且形成如凹透镜的折射率分布，所以激光振荡时可以极有效地抑止高阶模式。可以稳定地实现单横模振荡。依据这样的面发射半导体激光器，因为不需要过度减小电流限制直径，即，p型AlAs层16a的直径，所以在晶片上可以均匀地以高可控性制造电流限制结构。可以改善面发射半导体激光器的制造成品率。可以减小器件电阻。可以改善输出和效率。因此，因为可以容易地执行阻抗匹配，所以也可以容易地执行通讯所需的高频驱动。
现将描述依据本发明的另一实施例的HEMT的制造方法。
本实施例中，如图13A所示，首先，在半绝缘GaAs衬底51上通过例如MOCVD等方法依次生长用作电子输运层的未掺杂GaAs层52和用作电子供给层的n型AlGaAs层53。其后，在n型AlGaAs层53上形成栅极电极54、源极电极55和漏极电极56。二维电子气(2DEG)57存在于未掺杂GaAs层52中接近未掺杂GaAs层52和n型AlGaAs层53之间的异质结界面。
随后，如图13B所示，在将激光束58从外部辐射至n型AlGaAs层53的用作器件分离区的部分的同时，n型AlGaAs层53的表面置于诸如蒸汽气氛的氧化气氛下，由此执行氧化且形成氧化物层59。形成氧化物层59至到达未掺杂GaAs层52的深度，由此使二维电子气57存在于未掺杂GaAs层52中接近未掺杂GaAs层52和n型AlGaAs层53之间的异质结界面，以通过氧化物层59完美地被分开。以该方式，通过氧化物层59执行器件分离。
依据第二实施例，可以通过在氧化气氛中选择性地辐射激光束容易地执行HEMT的器件分离。
虽然已经在以上具体描述了本发明的实施例，本领域的技术人员应当理解各种修改、组合、子组合和替换可以依据设计需要和其它因素发生，只要它们在权利要求或其等价物的范围内。
例如，在前述的实施例中所述的数值、材料、结构、形状、衬底、工艺等仅作为实例显示，如需要也可以使用不同于它们的数值、材料、结构、形状、衬底、工艺等。
例如，就通过p型AlAs层24的选择性氧化产生Al氧化物层16b而言，也可以通过以下方法形成。
即，通过选择性氧化p型AlAs层24制作Al氧化物层16b通常由一种方法完成，通过该方法在蚀刻形成柱型平台结构之后，在蒸汽中在约300至500℃的温度下加热晶片。但是，在选择性氧化步骤之后的步骤中，如果晶片被加热至类似于选择性氧化步骤的温度(300至500℃)，则存在其中Al组份量大的p型AlAs层24的非氧化部分发生氧化的情况。因为其氧化限制形状和其面积对面发射半导体激光器的特性有大的影响，需要抑止氧化的进展。为了在选择性氧化之后在加热步骤中抑止氧化的进展，优选地在选择性氧化步骤中指定条件参数，以获得一反应速率。通过在如上述的反应速率的条件下执行选择性氧化，可以改善由于产生Al氧化物层16b引起的氧化限制的晶片的平面内均匀度。该方法将具体说明如下。
选择性氧化步骤中的条件参数包括蒸汽的供给量和氧化温度(衬底温度)。存在这样的关系，即，如果固定氧化温度，如图14所示，氧化速度正比于蒸汽的供给量增加，且当供给量超过预定的供给量时，氧化速度饱和。氧化反应在正比区成为蒸汽的供给速率而在饱和区成为反应速率。反应速率表示这样的状态，其中通过供给等于或大于氧化反应所需的量的蒸汽量，氧化速度取决于反应速度。当蒸汽量小时，因为氧化速度取决于蒸汽量，所以这样的状态被称为供给速率。
也可以如下描述反应速率和供给速率。如图14所示，氧化速度被分为正比于蒸汽供给量而增加的区域和氧化速度饱和的区域。在一定的氧化温度下，当以极限速度对氧化物层执行氧化反应所需的蒸汽量与实际上供给的蒸汽量比较时，存在以下两种状态。
(1)(反应所需的蒸汽量)＞(蒸汽供给量)(2)(反应所需的蒸汽量)≤(蒸汽供给量)假设氧化反应的参数是蒸汽量和热(氧化温度)，可以认为在情况(1)中，氧化速度的极限值被蒸汽量限制，而在情况(2)中，它被热限制。因此，情况(1)被称为蒸汽的供给速率而情况(2)被称为反应速率。
现提及具体实例。当衬底温度等于450℃且承载气体(N2)的流速等于11slm标准升/分钟)时，即使如果蒸汽供给量从0.38g/min改变至1.14g/min，其是0.38的三倍，氧化速度也几乎不变化。该区域被称为反应速率。在以上条件的情况中，当蒸汽供应量等于或大于至少0.38g/min时，氧化速度可以设定为反应速率。
已经发现当在以上供给速率区执行氧化时，在随后的加热步骤中发生氧化，但是，当在反应速率区执行氧化时，几乎不发生氧化。因此，可以通过在反应速率条件下的氧化抑止非期望氧化的发生。通过抑止氧化的发生可以抑止特性的老化变化。在反应速率的氧化反应中如果衬底温度均匀，则即使在蒸汽的供给量中有轻微的波动，反应速度也不改变。因此，可以改善晶片平面中氧化速度的均匀度。
依据不同于面发射半导体激光器的器件，可以通过包括利用蒸汽氧化含Al层的步骤的器件获得相似的效果。
本发明包含于2004年6月4日在日本专利局提交的日本专利申请No.2004-166869的主题，其全部内容引入作为参考。
权利要求
1.一种面发射半导体激光器，其包括第一反射层；所述第一反射层上的有源层；和所述有源层的第二反射层上，且从所述第二反射层提取输出光，其中具有预定折射率分布的氧化物层形成于所述第二反射层上。
2.如权利要求1所述的激光器，其中所述预定折射率分布从所述氧化物层的厚度和/或组份的分布获得。
3.如权利要求1所述的激光器，其中所述预定折射率分布是如凹透镜的折射率分布。
4.如权利要求1所述的激光器，其中所述氧化物层是Al氧化物层。
5.如权利要求1所述的激光器，其中所述氧化物层通过氧化含Al化合物半导体层形成。
6.如权利要求5所述的激光器，其中所述含Al化合物半导体层是含Al的III-V族化合物半导体层。
7.如权利要求6所述的激光器，其中所述含Al的III-V族化合物半导体层是AlGaAs层或AlGaInP层。
8.如权利要求1所述的激光器，其中所述第一反射层和所述第二反射层的每个均由半导体多层膜制成。
9.如权利要求1所述的激光器，其中所述有源层和所述第二反射层的每个均具有圆柱形状。
10.如权利要求1所述的激光器，其中具有圆形开口的接触层形成于所述第二反射层上且所述氧化物层形成于所述第二反射层上、所述接触层的所述开口中。
11.如权利要求10所述的激光器，其中具有圆形开口的电极形成于所述接触层和所述第二反射层的上方，所述圆形开口的直径小于所述接触层的所述开口的直径，且所述氧化物层形成于所述第二反射层上、所述电极的所述开口中。
12.如权利要求11所述的激光器，其中绝缘层形成于所述接触层和所述电极之间。
13.如权利要求1所述的激光器，其中提供保护膜来覆盖所述氧化物层。
14.一种面发射半导体激光器的制造方法，该激光器包括第一反射层；所述第一反射层上的有源层；和所述有源层上的第二反射层，且从所述第二反射层提取输出光，其中通过在辐射具有预定强度分布的光的同时执行氧化在所述第二反射层上形成氧化物层。
15.如权利要求14所述的方法，其中在从所述第二反射层提取具有所述预定强度分布的输出光的同时执行所述氧化。
16.如权利要求14所述的方法，其中在从外部辐射具有所述预定强度分布的光的同时执行所述氧化。
17.如权利要求14所述的方法，其中在辐射具有所述预定强度分布的光的同时在蒸汽气氛中执行所述氧化。
18.如权利要求14所述的方法，其中在辐射具有所述预定强度分布的光的同时在蒸汽气氛中执行所述氧化，所述蒸汽气氛的温度等于60℃或更高且所述蒸汽气氛的湿度等于60％或更高。
19.如权利要求14所述的方法，其中所述氧化物层具有依据所述预定强度分布的折射率分布。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述折射率分布从所述氧化物层的厚度和/或组份获得。
21.如权利要求19所述的方法，其中所述折射率分布是如凹透镜的折射率分布。
22.如权利要求14所述的方法，其中所述氧化物层是Al氧化物层。
23.如权利要求14所述的方法，其中在所述第二反射层的顶部分形成含Al化合物半导体层，且通过在辐射具有所述预定强度分布的光的同时氧化所述含Al化合物半导体层，形成所述氧化物层。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述含Al化合物半导体层是含Al的III-V族化合物半导体层。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述含Al的III-V族化合物半导体层是AlGaAs层或AlGaInP层。
26.如权利要求14所述的方法，其中在形成所述氧化物层之后，形成保护膜来覆盖所述氧化物层。
27.一种具有含Al化合物半导体层的电子器件的制造方法，其中通过在辐射具有预定强度分布的光的同时执行氧化，在所述含Al化合物半导体层中形成氧化物层。
全文摘要
本发明涉及一种可以以如单横模的单峰光束进行激光振荡的面发射半导体激光器，和可以容易地以高成品率制造这样的激光器的制造方法。当在n型半导体衬底上形成具有柱型平台结构的面发射半导体激光器时，形成平台部分且直到p侧电极和n侧电极被形成。此后，跨p侧和n侧电极施加电压，且在提取输出光的同时激光器置于蒸汽气氛，由此在作为p型DBR层顶层的p型Al
文档编号H01S5/183GK1707888SQ20051007557
公开日2005年12月14日 申请日期2005年6月6日 优先权日2004年6月4日
发明者渡部义昭, 成井启修, 黑水勇一, 山内义则, 田中嘉幸 申请人:索尼株式会社