CN103579903A - 光学半导体器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学半导体器件及其制造方法。该光学半导体器件包括：半导体衬底；下部覆层，形成在半导体衬底上方；量子阱有源层，形成在下部覆层上；衍射光栅层，形成在量子阱有源层上方且在其表面中形成有衍射光栅；以及上部覆层，形成在衍射光栅层的衍射光栅上。另外，量子阱有源层的相邻于光学半导体器件的外端面的外部区域中的带隙大于量子阱有源层的位于外部区域之间的内部区域中的带隙，以及包括下部覆层且布置在半导体衬底与量子阱有源层之间的一个或多个层的厚度大于或等于2.3μm。

Description

光学半导体器件及其制造方法
技术领域
本文讨论的实施例涉及一种光学半导体器件和光学半导体器件的制造方法。
背景技术
作为光学半导体器件的半导体激光器已广泛用于各种波长范围。在这些半导体激光器当中，分布式反馈（DFB）激光器和分布式布拉格反射镜（DBR）激光器已用于通信应用，并且还用作需要单色激光的成像器件的光源。这是因为这些DFB和DBR激光器可以呈单纵模发出激光。
而且，当半导体激光器被投入实际使用中时，半导体激光器的可靠性和使用寿命是要考虑的主要因素。就这点而言，半导体器件的端面的光学损伤（其可以被称为灾变性光学损伤（COD））可能常成为半导体激光器的使用寿命的主要决定因素。
另外，在半导体激光器的最大输出等由于其COD而有可能受到限制的情况下，如果期望半导体器件输出高功率，则可能期望控制（减少）COD。
可以参考第2001-230491、2001-94207以及H09-23037号日本特开专利公开。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种光学半导体器件包括：半导体衬底；下部覆层，形成在半导体衬底上方且由半导体材料形成；量子阱有源层，形成在下部覆层上且由半导体材料形成；衍射光栅层，形成在量子阱有源层上方且由半导体材料形成，该衍射光栅层具有形成在其表面中的衍射光栅；以及上部覆层，形成在衍射光栅层的衍射光栅上。
另外，量子阱有源层的相邻于光学半导体器件外端面的外部区域中的带隙大于量子阱有源层的位于外部区域之间的内部区域中的带隙。
另外，包括下部覆层且布置在半导体衬底与量子阱有源层之间的一个或多个层的厚度大于或等于2.3μm。
附图说明
图1为根据第一实施例的光学半导体器件的俯视图；
图2为根据第一实施例的光学半导体器件的第一剖面（cut-away）侧视图；
图3为根据第一实施例的光学半导体器件的第二剖面侧视图；
图4A和图4B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第一剖面侧视图；
图5A和图5B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第二剖面侧视图；
图6A和图6B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第三剖面侧视图；
图7A和图7B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第四剖面侧视图；
图8示出量子阱有源层的PL发射特性；
图9为从半导体衬底的表面到量子阱有源层的边界的厚度与量子阱有源层中的带隙位移之间的相关图（correlation diagram）；
图10A和图10B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第五剖面侧视图；
图11A和图11B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第六剖面侧视图；
图12A和图12B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第七剖面侧视图；
图13A和图13B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第八剖面侧视图；
图14A和图14B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第九剖面侧视图；
图15A和图15B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第十剖面侧视图；
图16A和图16B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第十一剖面侧视图；
图17A和图17B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第十二剖面侧视图；
图18A和图18B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第十三剖面侧视图；
图19A和图19B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第十四剖面侧视图；
图20为根据第二实施例的光学半导体器件的俯视图；以及
图21为根据第二实施例的光学半导体器件的剖面侧视图。
具体实施方式
当从半导体激光器输出的激光被由表面能级造成的缺陷或非辐射中心所吸收时，可能发生半导体器件的COD，从而使半导体器件的端面附近的区域局部受热，带隙由于所引起的温度升高而减小，并且激光的吸收被进一步增加，以使端面附近的温度最终达到熔化温度。
因此，为了防止COD的发生，认为采用所谓的窗口结构是有效的，在该窗口结构中端面附近的量子阱有源层中的带隙被选择性地扩大。如此选择性地扩大带隙可以通过“基于通过加热的杂质扩散或空位扩散来扩大量子阱有源层或端面附近的量子阱层中的带隙”来实现。
为了防止COD，期望的是扩大在端面（其变为窗口结构的窗口区域）附近的区域中的量子阱有源层中的带隙。然而，这种情况下，也可以扩大除端面附近的区域之外的区域的量子阱有源层中的带隙。即，可能发生带隙位移，其中量子阱有源层中的带隙在除窗口区域（即，除端面附近的区域之外的区域）之外的区域也被扩大。
如上所述，有源区中的这种带隙位移会显著影响基于衍射光栅确定振荡波长的单纵模激光器（例如，DFB激光器和DBR激光器）。
这种单纵模激光器的输出特性和温度特性会受到被称为“失谐（detuning）”的差异的强烈影响，该“失谐”表明衍射光栅所确定的布拉格波长与带隙所确定的增益峰波长之间的差异。
布拉格波长基于要使用的激光器的应用来严格确定。因此，在除窗口区域之外的区域的量子阱有源层中的带隙位移表示失谐的改变。
因此，当在DFB激光器或DBR激光器中形成窗口结构时，可能重要的是不仅注意要增大发射端面（其变为窗口区域）中的带隙，而且也要防止带隙在除窗口区域之外的区域增大（即，重要的是控制量子阱有源层的窗口区域内的区域中的带隙）。
因此，期望的是提供一种包括具有衍射光栅的单纵模激光器的光学半导体器件和这种光学半导体器件的制造方法，其中在相邻于激光器输出表面的量子阱有源层的外部区域中的带隙大于（宽于）在相邻于外部区域且包括量子阱有源层的中心部分的内部区域中的带隙，以及其中内部区域中的带隙在晶块（lot）和晶片中不发生明显变化。即，期望的是提供量子阱有源层中带隙变化小的光学半导体器件。
在下面，描述实施本发明的实施例。在说明书和附图中，相同的附图标记用于描述相同或等效的元件，并且可以省略对其的重复说明。
第一实施例
光学半导体器件
描述根据第一实施例的光学半导体器件。
图1为根据本实施例的光学半导体器件的俯视图。图2为当沿着图1的点划线1A-1B切割时的光学半导体器件的剖面侧视图。另外，图3为当沿着图1的点划线1C-1D切割时的剖面侧视图。为了说明的目的，图2和图3示意性地示出相应截面（cross-section）的状态。
作为根据本实施例的光学半导体器件，描述了所谓的DFB（分布式反馈）激光器。
如图所示，根据本实施例的光学半导体器件包括被叠置且形成在半导体衬底110上的缓冲层111、第一覆层112、量子阱有源层113、第二覆层116、衍射光栅层117、第三覆层118以及接触层119。
n-GaAs衬底被用作半导体衬底110。缓冲层111由n-GaAs层形成。第一覆层112由n-AlGaAs层形成。
量子阱有源层113以阻挡层114和量子阱层115彼此交替叠置的方式由阻挡层114和量子阱层115形成。这里，阻挡层114由i-GaAs层形成，量子阱层115由i-InGaAs层形成。通过这样做，量子阱有源层113可以具有多量子阱（MQW）结构。
第二覆层116由p-AlGaAs层形成。衍射光栅层117由p-GaAs制成。另外，在衍射光栅层117的表面上，衍射光栅117a基于预定周期（cycle）形成。第三覆层118由p-InGaP层形成。接触层119由p-GaAs层形成。
在本实施例中，第一覆层112可以称为下部覆层，第三覆层118可以称为上部覆层。另外，在本实施例中，描述了形成第二覆层116的情况。然而，应该注意也可以不形成第二覆层116。
另外，通过蚀刻第三覆层118和接触层119的一部分，形成了脊形波导140。另外，保护膜141形成在脊形波导140的侧表面上以及通过蚀刻去除的区域的表面上。另外，埋置层142形成以埋置通过蚀刻去除的区域。
另外，与接触层119接触的上部电极121形成在接触层119上。而且，下部电极122形成在半导体衬底110的背侧。具体地，上部电极121包括金属膜121a和涂布层（膜）121b，并且上部电极121以金属膜121a和涂布层121b依次叠置在接触层119上的方式形成。
类似地，下部电极122包括金属膜122a和涂布层122b，并且下部电极122以金属膜122a和涂布层122b依次叠置在半导体衬底110的背面（侧）的方式形成。
另外，抗反射膜131形成在DFB激光器的（外）端面上（即，在发出激光侧的端面上）。另外，高反射膜132形成在与形成抗反射膜131的端面（侧）相对的端面上。
抗反射膜131和高反射膜132的每一个可以以使具有不同折射率和预定厚度的介电材料彼此交替叠置以获得相应的期望特征的方式由介电多层形成。
另外，量子阱有源层113以高反射膜132附近的区域113a和抗反射膜131附近的区域113a（即，DFB激光器的端面附近的区域）中的带隙宽于形成在DFB激光器的（外）端面附近的区域113a（即，高反射膜132附近的区域113a和抗反射膜131附近的区域113a）内侧的内部区域113b的带隙的方式形成。
在下文中，DFB激光器的端面附近的区域113a可以称为“窗口部分”。因此，除“窗口部分”之外的区域是内部区域113b。
另外，在本实施例中，光学半导体器件以半导体衬底110的表面与量子阱有源层113的边界之间的厚度（即，与缓冲层111和第一覆层112的厚度的和对应的厚度）大于或等于2.3μm的方式形成。
光学半导体器件的制造方法
接下来，参考图4至图19描述根据本实施例的光学半导体器件的制造方法。为了说明的目的，图4A至图7B以及图10A至图19B示意性地示出相应截面的状态。
首先，如图4A和图4B所示，缓冲层111、第一覆层112、量子阱有源层113、第二覆层116以及衍射光栅层117通过外延生长形成在n-GaAs衬底（其是半导体衬底110）上。
具体地，通过使用分子束外延（MBE）的外延生长技术，缓冲层111、第一覆层112、量子阱有源层113、第二覆层116以及衍射光栅层117形成在半导体衬底110上。在本实施例中，如上所述，第一覆层112可以称为下部覆层。
另外，图4A和图4B为示意性地示出该过程的剖面侧视图。具体地，图4A为当沿着图1的点划线1A-1B切割时的剖面侧视图，图4B为当沿着图1的点划线1C-1D切割时的剖面侧视图。
缓冲层111由厚度为大约300nm的n-GaAs层形成。另外，掺杂大约1×10+18cm-3的Si作为杂质元素。
第一覆层112由厚度为大约4000nm的n-AlGaAs层形成。另外，掺杂大约5×10+17cm-3的Si作为杂质元素。
量子阱有源层113以阻挡层114和量子阱层115彼此交替叠置的方式形成。阻挡层114由i-GaAs层形成，量子阱层115由i-InGaAs层形成。
具体地，在本实施例中，量子阱有源层113通过依次叠置厚度为大约40nm的阻挡层114、厚度大约为7nm的量子阱层115、厚度为大约20nm的阻挡层114、厚度为大约7nm的量子阱层115以及厚度为大约40nm的阻挡层114来形成。
这种情况下，厚度为大约40nm的阻挡层114（其形成在量子阱有源层113的两侧（端））可以称为“SCH层”。
第二覆层116由厚度为大约150nm的p-AlGaAs层形成。另外，掺杂大约2×10+17cm-3的Be作为杂质元素。
衍射光栅层117由厚度为大约60nm的p-GaAs层形成。另外，掺杂大约5×10+17cm-3的Be作为杂质元素。
接下来，如图5A和图5B所示，形成氮化硅层151。具体地，SiN膜通过等离子体增强型化学气相沉积（P-CVD）形成在衍射光栅层117的表面上，并且然后，光致抗蚀剂被施加到所形成的SiN膜上。
之后，通过曝光器件进行曝光过程，并且进行显影过程。通过这样做，形成在DFB激光器的端面附近的区域具有开口的抗蚀剂图案（未示出）。
然后，SiN膜的没有被抗蚀剂图案覆盖的区域使用氢氟酸通过湿蚀刻被去除，从而形成氮化硅层151。
通过这样做，氮化硅层151形成在与包括位于DFB激光器的端面之间的中心部分的内部区域113b对应的部分上，并且相应地没有形成在DFB激光器的端面附近的区域中。
因此，衍射光栅层117被设置在DFB激光器的端面附近的区域中。在那之后，利用有机溶剂等去除抗蚀剂图案（未示出）。在本实施例中，氮化硅层151可以称为“第一介电层”。
另外，图5A和图5B为示意性地示出该过程的剖面侧视图。具体地，图5A为当沿着图1的点划线1A-1B切割时的剖面侧视图，图5B为当沿着图1的点划线1C-1D切割时的剖面侧视图。
接下来，如图6所示，氧化硅层152形成在形成有氮化硅层151的表面上。
具体地，氧化硅层152通过P-CVD形成在布置有氮化硅层151和衍射光栅层117的表面上。
通过这样做，在衍射光栅层117上，氮化硅层151和氧化硅层152按该顺序叠置且形成在内部区域113b中，并且在别处，氧化硅层152形成在DFB激光器的端面附近的区域中。在本实施例中，氧化硅层152可以称为“第二介电层”。
另外，图6A和图6B为示意性地示出该过程的剖面侧视图。具体地，图6A为当沿着图1的点划线1A-1B切割时的剖面侧视图，图6B为当沿着图1的点划线1C-1D切割时的剖面侧视图。
接下来，如图7所示，在进行加热过程之后，衍射光栅117a形成在衍射光栅层117的表面上（中）。
具体地，在该加热过程中，通过使用快速热退火（RTA）装置将890度热量施加三十秒（“快速加热过程”）。
通过该加热过程，在DFB激光器的端面附近的区域中（即，在氧化硅层152形成在衍射光栅层117上的区域中），空穴可以从氧化硅层152扩散，使得所扩散的空穴渗透到量子阱有源层113。
由于空穴渗透到量子阱有源层113，因而在量子阱有源层113中的量子阱层115与阻挡层114之间更加有可能发生原子相互扩散。因此，可以改变量子阱层115中的组分。
由于该改变，可以扩大带隙。具体地，可以扩大在DFB激光器的端面附近的区域113a的量子阱层115中的带隙。因此，也可以扩大在DFB激光器的端面附近的区域113a的量子阱有源层113中的带隙。
另一方面，在内部区域113b中，氮化硅层151可以充当屏障（barrier）。即，由于内部区域113b，即使进行加热过程，也可能几乎没有空穴从氧化硅层152扩散到衍射光栅层117和第二覆层116。因此，几乎没有空穴可以抵达量子阱有源层113中。
另外，图7A和图7B为示意性地示出该过程的剖面侧视图。具体地，图7A为当沿着图1的点划线1A-1B切割时的剖面侧视图，图7B为当沿着图1的点划线1C-1D切割时的剖面侧视图。
参考图8更加详细地描述带隙的扩大。图8示出量子阱有源层113中的光致发光（PL）发射特性。图8中的PL强度特性被规范化。
在图8中，线8A指的是进行快速加热过程之前的PL强度特性。线8B指的是在氮化硅层151和氧化硅层152依次形成在衍射光栅层117上的区域进行快速加热过程之后的PL强度特性。线8C指的是在氧化硅层152形成在衍射光栅层117上的区域进行快速加热过程之后的PL强度特性。
如线8B所示，在氮化硅层151形成在衍射光栅层117上的区域，与11meV的带隙位移量对应的波长位移量是10nm。另一方面，如线8C所示，在氧化硅层152形成在衍射光栅层117上的区域，与72meV的带隙位移量对应的波长位移量是60nm。
因此，通过进行快速加热过程，在氧化硅层152形成在衍射光栅层117上的区域的量子阱有源层113中的带隙可以变得大于（宽于）在形成氮化硅层151的区域的量子阱有源层113中的带隙。
因此，如图7所示，DFB激光器的端面附近的区域113a的量子阱有源层113中的带隙可以变得大于（宽于）内部区域113b的量子阱有源层113中的带隙。
在本实施例中，光学半导体器件以从半导体衬底110的表面到量子阱有源层113的边界的厚度（即，缓冲层111与第一覆层112的厚度的和）为大约4.3μm的方式形成。通过这样做，控制（降低）形成氮化硅层151的区域的带隙量将成为可能。
本发明的发明人已发现形成氮化硅层151的区域的带隙量及其变化高度取决于形成在半导体衬底110侧的半导体层的厚度。
当空穴抵达量子阱有源层113中时可以在量子阱有源层113中产生带隙位移，该空穴是基于当进行加热过程时不均衡地分布在半导体衬底110上的缺陷和杂质产生的。
半导体层中的缺陷和杂质可以取决于例如半导体衬底110的等级(grade)、处理方法、处理条件以及环境而极大地变化。因此，存在可以影响半导体层中的缺陷和杂质的许多因素，因此，可以产生不想要的带隙位移量，并导致带隙位移量变化。
作为努力研究的结果，本发明的发明人已发现可以通过增加缓冲层111、第一覆层112等的厚度减少这种不想要的带隙位移量和带隙位移量的变化。
图9示出从半导体衬底110的表面到量子阱有源层113的边界的厚度与对应于1.17eV带隙的1060nm波段的PL强度的量子阱有源层113中的带隙位移量之间的关系。
另外，形成的半导体层的结构与图4所示的等相同，并且假设氮化硅层151形成在衍射光栅层117上。
如图9所示，通过增加半导体衬底110的表面与量子阱有源层113的边界之间的厚度，减少量子阱有源层113中的带隙位移量的绝对值和变化将成为可能。
另外，就有源层的质量和可靠性来说，优选的是带隙位移量的绝对值小于或等于大约20nm（等效于23meV）。
另外，可能期望的是转换成波长的失谐精度最小为大约20nm（等效于23meV）。因此，根据图9中的关系，期望的是从半导体衬底110的表面到量子阱有源层113的边界的厚度大于或等于2.3μm。
如上所述，在进行快速加热过程之后，去除了氧化硅层152和氮化硅层151，并且衍射光栅117a形成在衍射光栅层117的表面上。
具体地，利用缓冲氢氟酸溶液去除氧化硅层152，并且利用氢氟酸去除氮化硅层151。
之后，氧化硅膜通过P-CVD再次形成在衍射光栅层117上，并且光致抗蚀剂被施加到形成的氧化硅膜上。然后，通过曝光器件进行曝光过程，并且进行显影过程。
通过这样做，与待形成在衍射光栅层117上的衍射光栅117a的周期图案（cyclic pattern）对应的抗蚀剂图案形成在氧化硅膜上。
之后，使用形成的抗蚀剂图案作为掩模，通过湿蚀刻，利用缓冲氢氟酸溶液来去除未形成抗蚀剂图案的区域的氧化硅膜。然后，使用氧化硅图案作为掩模，通过湿蚀刻，衍射光栅117a通过去除抗蚀剂图案并在无氧化硅图案的区域中去除衍射光栅层117而形成在衍射光栅层117的表面上。
例如，氨水、双氧水、水混合溶液等可以被用作这里使用的蚀刻液。如上所述的形成在衍射光栅层117的表面上的衍射光栅117a的深度为例如大约15nm。
这里，形成在衍射光栅层117的表面上的衍射光栅117a的周期可以取决于制造的DFB激光器等的波段（波长范围）而变化。
例如，在DFB激光器具有1060nm波段的情况下，衍射光栅117a以衍射光栅117a的周期为155.6nm的方式形成。通过这样做，可以获得大约1060nm的布拉格波长。
接下来，如图10A和图10B所示，第三覆层118和接触层119使用金属有机化学气相沉积（MOCVD）通过外延生长形成在衍射光栅117a（其形成在衍射光栅层117的表面上）上。
第三覆层118由厚度为大约1000nm的p-InGaP层形成。另外，掺杂大约2×10+18cm-3的Zn作为杂质元素。
接触层119由厚度为大约300nm的p-GaAs层形成。另外，掺杂大约2×10+19cm-3的Zn作为杂质元素。
另外，图10A和图10B为示意性地示出该过程的剖面侧视图。具体地，图10A为当沿着图1的点划线1A-1B切割时的剖面侧视图，图10B为当沿着图1的点划线1C-1D切割时的剖面侧视图。
接下来，如图11A和图11B所示，氧化硅膜153形成在接触层119上，并且形成了用于在形成的氧化硅膜153上形成脊形波导140的抗蚀剂图案154。
具体地，氧化硅膜153通过P-CVD形成在接触层119上，并且光致抗蚀剂被施加到形成的氧化硅膜153上。
然后，通过曝光器件进行曝光过程，并且进行显影过程以形成抗蚀剂图案154。如上所述形成的抗蚀剂图案154形成在将要形成脊形波导140的区域上。
另外，图11A和图11B为示意性地示出该过程的剖面侧视图。具体地，图11A为当沿着图1的点划线1A-1B切割时的剖面侧视图，图11B为当沿着图1的点划线1C-1D切割时的剖面侧视图。
接下来，如图12A和图12B所示，使用缓冲氢氟酸溶液，通过湿蚀刻去除未形成抗蚀剂图案154的区域中的氧化硅膜153，从而形成氧化硅掩模153a。之后，通过湿蚀刻去除形成在未形成有氧化硅掩模153a的区域中的接触层119和第三覆层118，从而形成脊形波导140。
例如，氨水、双氧水、水混合溶液等可以被用作去除接触层119的蚀刻液。例如，氢氯酸和乙酸的混合溶液可以被用作去除第三覆层118的蚀刻液。
另外，p-GaAs可以不利用氢氯酸和乙酸的混合溶液来蚀刻。因此，可以在由p-GaAs形成的衍射光栅层117的表面暴露处停止第三覆层118的蚀刻。
通过这样做，在形成氧化硅掩模153a的区域，基于蚀刻之后余留的第三覆层118和接触层119形成脊形波导140。在本实施例中，脊形波导140以脊形波导140的脊宽“W”为大约2.0μm的方式形成。
如果脊形波导140的脊宽“W”大体等于2.0μm，则减少（控制）呈高阶横模的激发（振动）、并大体仅将基横模传递作为波导模式将成为可能。
另外，图12A和图12B为示意性地示出该过程的剖面侧视图。具体地，图12A为当沿着图1的点划线1A-1B切割时的剖面侧视图，图12B为当沿着图1的点划线1C-1D切割时的剖面侧视图。
接下来，如图13A和图13B所示，在去除氧化硅掩模153a之后，氧化硅膜141a以氧化硅膜141a覆盖（包围）脊形波导140的方式形成，并且埋置层142通过在如上所述的通过蚀刻去除的去除区域中埋置有机绝缘材料来形成。氧化硅膜141a以氧化硅膜141a覆盖整个脊形波导140的方式通过CVD形成。
之后，诸如苯并环丁烯（BCB）的有机绝缘材料被施加（旋转涂布）到形成氧化硅膜141a的表面上以填充该区域，从而形成脊形波导140，其中该层的该部分等已通过蚀刻被去除。之后，通过在大约300℃（度）加热进行用于烧结的加热过程来形成埋置层142。
另外，图13A和图13B为示意性地示出该过程的剖面侧视图。具体地，图13A为当沿着图1的点划线1A-1B切割时的剖面侧视图，图13B为当沿着图1的点划线1C-1D切割时的剖面侧视图。
接下来，如图14A和图14B所示，埋置层142从其表面被回蚀，以在形成脊形波导140的区域暴露氧化硅膜141a。具体地，埋置层142通过例如反应离子蚀刻（RIE）来回蚀。
另外，图14A和图14B为示意性地示出该过程的剖面侧视图。具体地，图14A为当沿着图1的点划线1A-1B切割时的剖面侧视图，图14B为当沿着图1的点划线1C-1D切割时的剖面侧视图。
接下来，如图15A和图15B所示，去除暴露的氧化硅膜141a，并且金属膜121a形成在包括接触层119（其由于氧化硅膜141a的去除而暴露）的区域上。具体地，利用缓冲氢氟酸溶液等去除暴露的氧化硅膜141a，使得脊形波导140中的接触层119暴露。
这里，如上所述，通过去除暴露的氧化硅膜141a，由于余留的氧化硅膜141a，保护膜141可以形成在脊形波导140的侧表面等上。之后，通过在暴露接触层119的表面上通过电子束蒸发形成Ti/Pt/Au膜来形成金属膜121a。
之后，在金属膜121a上，形成抗蚀剂图案155，抗蚀剂图案155具有与将要形成上部电极121的区域对应的开口。具体地，光致抗蚀剂被施加到金属膜121a上。然后，通过曝光器件进行曝光过程，并且进行显影过程以形成抗蚀剂图案155。
另外，图15A和图15B为示意性地示出该过程的剖面侧视图。具体地，图15A为当沿着图1的点划线1A-1B切割时的剖面侧视图，图15B为当沿着图1的点划线1C-1D切割时的剖面侧视图。
接下来，如图16A和图16B所示，通过使用金属膜121a作为电极进行Au涂布，涂布膜121b形成在未形成有抗蚀剂图案155的区域的金属膜121a上。
另外，图16A和图16B为示意性地示出该过程的剖面侧视图。具体地，图16A为当沿着图1的点划线1A-1B切割时的剖面侧视图，图16B为当沿着图1的点划线1C-1D切割时的剖面侧视图。
接下来，如图17A和图17B所示，去除抗蚀剂图案155，以暴露金属膜121a。之后，通过在整个表面上进行干蚀刻（例如RIE），去除暴露的金属膜121a。这种情况下，也可以去除涂布膜121b的表面的一部分。
然而，涂布膜121b形成以具有足够的厚度。因此，当与涂布膜121b的整个量（厚度）比较时，涂布膜121b的去除量（厚度）可以是非常小的（有限的）。通过这样做，上部电极121基于余留的金属膜121a和涂布膜121b而形成。
另外，图17A和图17B为示意性地示出该过程的剖面侧视图。具体地，图17A为当沿着图1的点划线1A-1B切割时的剖面侧视图，图17B为当沿着图1的点划线1C-1D切割时的剖面侧视图。
接下来，如图18A和图18B所示，抛光半导体衬底110的背面，直到厚度为大约150μm。然后，金属膜122a通过真空气相沉积通过累积AuGe/Au而形成在半导体衬底110的背面上。
之后，涂布层122b使用金属膜122a作为电极通过进行Au涂布形成。通过这样做，基于如上所述形成的金属膜122a和涂布层122b形成下部电极122。
另外，图18A和图18B为示意性地示出该过程的剖面侧视图。具体地，图18A为当沿着图1的点划线1A-1B切割时的剖面侧视图，图18B为当沿着图1的点划线1C-1D切割时的剖面侧视图。
接下来，如图19A和图19B所示，在切割之后，抗反射膜131形成在DFB激光器的一侧的端面上，并且高反射膜132形成在DFB激光器的另一侧的端面上。
另外，如上所述，区域113a形成在量子阱有源层113中以及形成DFB激光器的抗反射膜131和高反射膜132的各个端面附近。
另外，在本实施例中，例如，抗反射膜131以其反射率大约小于或等于1%的方式形成，高反射膜132以其反射率为大约95%的方式形成。
另外，图19A和图19B为示意性地示出该过程的剖面侧视图。具体地，图19A为当沿着图1的点划线1A-1B切割时的剖面侧视图，图19B为当沿着图1的点划线1C-1D切割时的剖面侧视图。
如上所述，通过这样做，可以形成（制造）根据本实施例的DFB激光器。在如上所述形成的DFB激光器中，从形成抗反射膜131的端面发出激光。
在本实施例中，DFB激光器的端面附近的区域113a的量子阱有源层113中的带隙可以变得大于（宽于）量子阱有源层113的内部区域113b中的带隙。
因此，即使DFB激光器以高功率使用时，控制（减少）COD将成为可能。另外，可以减少内部区域113b的量子阱有源层113中的带隙位移量和带隙位移量的变化。因此，防止出品率降低将成为可能。
另外，在本实施例中，描述了当制造光学半导体器件时使用（形成）氮化硅层151和氧化硅层152的情况。然而，本发明不限于该情况（配置）。
即，可以使用可以产生相同效果的任何其它配置。另外，上述在快速加热过程中被描述为参数的热处理时间段和加热温度仅是实例。即，基于例如该器件和任何其它条件，可以确定和使用任何其它适当的时间段和温度。
另外，在根据本实施例的上述说明中，DFB激光器被描述为光学半导体器件。然而，本发明也可以被应用于例如包括衍射光栅的单模激光器（例如，DBR激光器和超级结构光栅（SSG）–DBR激光器）。
另外，在上述说明中，描述了量子阱有源层113包括两个量子阱层115的情况。然而，量子阱有源层113可以包括三个或多个量子阱层115。
另外，只要缓冲层111和第一覆层112的厚度的和大于或等于2.3μm，则缓冲层111和第一覆层112的厚度的和可以是大于或等于2.3μm的任何值。
另外，半导体衬底110不限于n-GaAs衬底。即，例如，半导体衬底110可以是p-GaAs衬底，或者除了GaAs衬底之外的任何衬底，例如InP衬底。
另外，当例如形成脊形波导140和衍射光栅117a时，可以使用干蚀刻代替湿蚀刻。
另外，在上述说明中，描述了衍射光栅117a均匀地形成且抗反射膜131和高反射膜132形成在DFB激光器的各个端面上的情况。然而，例如，可以使用λ/4-位移的衍射光栅，或者抗反射膜可以形成在DFB激光器的两端面上。
另外，相移不限于“λ/4”。形成这种相移的位置可以形成在与中心隔开的位置处。
另外，描述了区域113a形成在DFB激光器的两端面附近的情况。然而，区域113a仅形成在DFB激光器的端面之一附近。
第二实施例
接下来，描述本发明的第二实施例。如图20和图21示意性地示出的，根据本实施例的光学半导体器件包括半导体光放大器（SOA）。这里，图20为光学半导体器件的俯视图，图21为当沿着图20的点划线20A-20B切割时的剖面侧视图。
根据本实施例的光学半导体器件包括：DFB激光器区域160，如上所述的根据第一实施例的DFB激光器形成在DFB激光器区域160中；以及半导体光放大器区域（SOA区域）200，与DFB激光器相似的半导体膜形成在半导体光放大器区域（SOA区域）200中。
在本实施例中，SOA区域200中的增益特性也会由于失谐而变化。因此，减少（控制）不想要的带隙位移量将成为可能，并且可以减少带隙位移量的变化。
在本实施例中，除了在衍射光栅层117上没有形成衍射光栅117a以及形成如SOA区域200中的上部电极的SOA上部电极221之外，SOA区域200具有与DFB激光器区域160相同的配置。
另外，结构与DFB激光器区域160的上部电极121相同的SOA上部电极221由金属膜221a和涂布膜221b形成。因此，可以在相同的时间以与形成DFB激光器区域160的上部电极121相同的方法形成SOA上部电极221。
因此，可以基于与形成（制造）根据第一实施例的光学半导体器件相同的步骤形成（制造）根据本实施例的光学半导体器件。
另外，图20和图21示出DFB激光器区域160和SOA区域200彼此相邻（相邻近）形成的情况。然而，例如，为了提高DFB激光器区域160与SOA区域200之间的电热隔离，DFB激光器区域160和SOA区域200可以形成以彼此隔开。
除了上文描述的配置（特征）之外，第二实施例中的配置与第一实施例相同。

Claims (20)

1.一种光学半导体器件，包括：
半导体衬底；
下部覆层，形成在所述半导体衬底上方且由半导体材料形成；
量子阱有源层，形成在所述下部覆层上且由半导体材料形成；
衍射光栅层，形成在所述量子阱有源层上方且由半导体材料形成，所述衍射光栅层具有形成在其表面中的衍射光栅；以及
上部覆层，形成在所述衍射光栅层的衍射光栅上，
其中，所述量子阱有源层的相邻于所述光学半导体器件的外端面的外部区域中的带隙大于所述量子阱有源层的位于所述外部区域之间的内部区域中的带隙，以及
其中，包括所述下部覆层且布置在所述半导体衬底与所述量子阱有源层之间的一个或多个层的厚度大于或等于2.3μm。
2.根据权利要求1所述的光学半导体器件，其中，
所述衍射光栅层的所述表面包括：激光器区域，所述衍射光栅形成在所述激光器区域中；以及半导体光放大器区域，所述衍射光栅未形成在所述半导体光放大器区域中。
3.根据权利要求1或2所述的光学半导体器件，还包括：
第二覆层，形成在所述量子阱有源层和所述衍射光栅层之间，
其中，所述下部覆层是第一覆层，所述上部覆层是第三覆层。
4.根据权利要求3所述的光学半导体器件，还包括：
接触层，形成在所述第三覆层上且由半导体材料形成；
上部电极，形成在所述接触层上；以及
下部电极，形成在所述半导体衬底的背面，
其中，所述第二覆层和所述第三覆层由各自的半导体材料形成。
5.根据权利要求4所述的光学半导体器件，还包括：
脊形波导，通过去除一部分的所述第三覆层和所述接触层而形成。
6.根据权利要求3所述的光学半导体器件，其中，
所述第二覆层由包括AlGaAs的材料形成。
7.根据权利要求1或2所述的光学半导体器件，其中，
所述量子阱有源层由交替叠置的一个或多个阻挡层和一个或多个量子阱层形成，以及
其中，所述阻挡层由包括GaAs的材料形成，所述量子阱层由包括InGaAs的材料形成。
8.根据权利要求1或2所述的光学半导体器件，其中，
所述半导体衬底是GaAs衬底或InP衬底。
9.根据权利要求1或2所述的光学半导体器件，还包括：
缓冲层，形成在所述半导体衬底和所述下部覆层之间且由半导体材料形成。
10.根据权利要求9所述的光学半导体器件，其中，
所述缓冲层由包括GaAs的材料形成。
11.根据权利要求1或2所述的光学半导体器件，其中，
所述下部覆层由包括AlGaAs的材料形成。
12.根据权利要求1或2所述的光学半导体器件，其中，
所述衍射光栅层由包括GaAs的材料形成。
13.根据权利要求1或2所述的光学半导体器件，其中，
所述上部覆层由包括InGaP的材料形成。
14.根据权利要求1或2所述的光学半导体器件，还包括：
抗反射膜，形成在所述光学半导体器件的至少一个所述外端面上。
15.一种光学半导体器件的制造方法，所述方法包括：
通过在半导体衬底上依次叠置由各自的半导体材料形成的下部覆层、量子阱有源层以及衍射光栅层来形成半导体层；
在所述衍射光栅层的内部区域中形成第一介电层，所述内部区域位于所述衍射光栅层的相邻于所述半导体层的端面的外部区域之间；
在所述第一介电层上以及在所述衍射光栅层的所述外部区域上形成第二介电层；
在形成所述第二介电层之后，加热所述半导体层，使得在所述量子阱有源层中，所述外部区域中的带隙变得大于所述内部区域中的带隙；
在所述加热之后，去除所述第一介电层和所述第二介电层；
在所述衍射光栅层的表面中形成衍射光栅；以及
在所述衍射光栅层的形成有所述衍射光栅的表面上形成上部覆层。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，
所述第一介电层由氮化硅膜形成，所述第二介电层由氧化硅膜形成。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中，
包括所述下部覆层且布置在所述半导体衬底与所述量子阱有源层之间的一个或多个层的厚度大于或等于2.3μm。
18.根据权利要求15或16所述的方法，其中，
所述下部覆层、所述量子阱有源层以及所述衍射光栅层通过外延生长形成。
19.根据权利要求15或16所述的方法，其中，
通过在所述半导体衬底上依次叠置所述下部覆层、所述量子阱有源层、所述上部覆层、所述衍射光栅层以及所述上部覆层而形成所述半导体层。
20.根据权利要求15或16所述的方法，其中，
在所述半导体层的形成中，缓冲层形成在所述半导体衬底和所述下部覆层之间。
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