CN1138747A - 半导体腐蚀方法及用该腐蚀方法制造半导体器件的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种比湿法腐蚀可控性更高的半导体腐蚀方法，包括：用一种含有组成III-V族化合物半导体层中V族材料的腐蚀气体且将上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下，对其进行腐蚀。由于不使用腐蚀液，该腐蚀方法可在晶体生长设备中使用。再者，由于用III-V族化合物半导体层的材料气体作腐蚀气体，故能防止在被腐蚀的表面上出现残留杂质，从而保持了被腐蚀表面的清洁。

Description

半导体腐蚀方法及用该腐蚀方法制造 半导体器件的方法
本发明涉及到一种半导体腐蚀方法、一种半导体器件制造方法、一种半导体激光器制造方法以及一种半导体激光器。更确切地说，本发明涉及到一种III-V族化合物半导体腐蚀方法、一种半导体器件制造方法和一种采用此半导体腐蚀方法的半导体器件制造方法，以及一种采用此半导体腐蚀方法制造的半导体激光器。
图42(a)-42(d)示出了半导体激光器制造方法的工艺，用来说明半导体腐蚀的现有技术方法。图中，参考号101表示p型InP衬底。参考号102表示p型InP包层。参考号103表示InGaAsP有源层。参考号104表示n型InP包层。参考号105表示隔离层。参考号106表示第一n型InP阻挡层。参考号107表示p型InP阻挡层。参考号108表示第二n型InP阻挡层。参考号109表示p型InP接触层。参考号110表示n侧电极。参考号111表示p侧电极。
现在，对现有技术半导体激光器的制造方法进行描述。首先，在图42(a)的步骤中，于p型InP衬底101上，在MOCVD(金属有机化学气相淀积)设备中相继生长一p型包层102、一有源层103和一个n型包层104。然后从MOCVD设备取出晶片，在n型包层104上制作一层条形隔离膜105，用隔离膜105作为掩模，采用溴甲醇混合腐蚀剂或硫酸系列腐蚀剂使晶片在液相中从n型包层104的表面一直腐蚀到p型InP衬底101，从而形成一个图42(b)所示的台面条形结构。接着，在图42(c)步骤中，将晶片放回MOCVD设备中，并选择性地再生长n型InP阻挡层106、p型InP阻挡层107和第二n型InP阻挡层108以便将台面条掩埋起来。之后，将晶片从MOCVD设备中取出，清除掉隔离膜105，再将晶片放回MOCVD设备中并在台面条和第二n型InP阻挡层108上制作一个接触层109。再用蒸发方法在接触层109的表面上制作一个n侧电极110，并在衬底101的背面制作一个p侧电极111，从而形成一个图42(d)所示的半导体激光器。
如上所述，作为现有技术的化合物半导体腐蚀方法，执行了一种采用溴甲醇混合物或硫酸系列腐蚀剂的液相腐蚀，其腐蚀速率很难控制，而且要控制腐蚀之后的厚度是相当困难的。
此外，由于腐蚀是采用腐蚀液来进行的，可能出现腐蚀情况随晶片上的位置而发生变化，因而腐蚀的可控性难以保证。
还有，在半导体器件制造工艺中最近研究了为避免再生长界面的氧化和杂质的附着而在MOCVD设备中连续实行化合物半导体的腐蚀和再生长，考虑到设备的结构，难以在诸如MOCVD之类的半导体晶体生长设备中采用常规的液相腐蚀来腐蚀半导体层。
本发明的一个目的是提供一种化合物半导体的腐蚀方法，此法可高度可控地腐蚀半导体激光器且不采用腐蚀液。
本发明的另一目的是提供一种半导体器件制造方法和一种半导体激光器制造方法，二者都采用上述腐蚀方法。
本发明的又一目的是提供一种采用上述腐蚀方法制造的半导体激光器。
从下面给出的详细描述中，本发明的其它目的和优点将变得更为明显；但应理解详细描述和具体实施例仅仅是用举例的方法给出的，对本领域熟练技术人员来说，显然可根据这些详细描述在本发明的范围内作出各种改型和修改。
根据本发明的第一种情况，半导体腐蚀方法包括：
采用一种含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体对III-V族化合物半导体进行腐蚀，并使上述III-V族化合物半导体层处于比其晶体生长温度更高的温度下。
因此，提供了一种比湿法腐蚀具有更高可控性的腐蚀方法。此外，由于不使用腐蚀液，能够提供一种可在晶体生长设备中使用的腐蚀方法。而且，由于III-V族化合物半导体层的材料气体被用作腐蚀气体，在被腐蚀的表面上可避免III-V族化合物半导体层材料之外的残留杂质，从而使被腐蚀的表面保持清洁。
根据本发明的第二种情况，在上述腐蚀方法中将组成上述III-V族化合物半导体层的III族气体加入到了上述腐蚀气体中，从而控制上述腐蚀的腐蚀特性。
因此，能够容易地获得所需的腐蚀图形。
根据本发明的第三种情况，在上述腐蚀方法中，上述III-V族化合物半导体层是一个InP层，且上述腐蚀是用含磷气体进行的。
因此能进行高度可控的腐蚀。
根据本发明的第四种情况，在上述腐蚀方法中，上述III-V族化合物半导体层是一个InP层，且上述腐蚀是将上述InP层置于700℃以上的温度下而进行的。
因此能进行高度可控的腐蚀。
根据本发明的第五种情况，在上述腐蚀方法中，上述III-V族半导体层是一个InP层，且上述腐蚀是将上述InP层置于700℃以上的温度下、采用流量为400SCCM的pH3气体和流量为25SCCM的H2作为腐蚀气体并保持反应设备中压力为30乇的条件下进行的。
因此能进行高度可控的腐蚀。
根据本发明的第六种情况，在上述腐蚀方法中还包括：在上述III-V族化合物半导体层的主表面上制作一个带有条形窗口的隔离膜，此窗口包含多个窗口宽度不同的区域；以及
用上述隔离膜作为掩模，选择性地腐蚀上述III-V族化合物半导体层。
因此能进行高度可控的腐蚀，而且能同时执行窗口宽度大的区域中的浅深度腐蚀和窗口宽度小的区域中的深深度腐蚀。
根据本发明的第七种情况，在上述腐蚀方法中还包括：
制作一个带有预定宽度的条形窗口的隔离膜，该窗口具有多个沿其条形方向宽度不同的区域；以及
用上述隔离膜作为掩模，选择性地腐蚀上述III-V族化合物半导体层。
因此能同时进行隔离膜中宽度大的区域窗口中的深深度腐蚀和隔离膜中宽度小的区域窗口中的浅深度腐蚀。
根据本发明的第八种情况，在上述腐蚀方法中，半导体的腐蚀方法包括：
把上述III-V族化合物半导体层保持在供有包含或上述III-V族化合物半导体层的V族气体的腐蚀气体的气氛中并加热一规定的区域，从而只选择性地腐蚀上述III-V族化合物半导体层表面的上述规定区域。
因此，能够进行高度可控的腐蚀而不使用选择掩模。
根据本发明的第九种情况，在上述腐蚀方法中，上述腐蚀是使上述III-V族化合物半导体层处于能进行上述III-V族化合物半导体晶体生长的温度下而进行的。
因此，能同时进行选择性腐蚀和选择性再生长。
根据本发明的第十种情况，在上述腐蚀方法中还包含：
在III-V族化合物半导体层的主表面上形成一个带有一层窗口的隔离膜；
用上述隔离膜作为掩模，通过半导体腐蚀方法选择性地腐蚀上述III-V族化合物半导体层，即采用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体并将上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下，腐蚀III-V族化合物半导体；以及
在不把上述III-V族化合物半导体层暴露于外部空气中的情况下，用晶体生长气体代替进行上述腐蚀的腐蚀气体、用上述隔离膜作为掩模而生长另一层半导体。
因此，在不使用腐蚀液进行了高度可控的腐蚀之后，可以连续地再生长其它半导体层，从而可提供具有优良特性、具有氧化膜之类杂质较少的清洁的再生长界面的半导体器件。
根据本发明的第十一种情况，在上述腐蚀方法中，半导体器件的制造方法包括：
在第一导电类型的III-V族化合物半导体层的主表面上制作一个带有窗口的隔离膜；
用上述隔离膜作为掩模，用半导体腐蚀方法，选择性地腐蚀上述第一导电类型III-V族化合物半导体层，即使用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀III-V族化合物半导体，同时把上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下；以及
在不把上述III-V族化合物半导体层暴露于外部空气的情况下，用晶体生长气体代替用于上述腐蚀的腐蚀气体，用上述隔离膜作为掩模连续地选择性生长含有一个第一导电类型包层、一个有源层和一个第二导电类型包层的双异质结结构。
因此能够高度重复地提供具有优良特性的半导体激光器，其中有源层同第一导电类型III-V族化合物半导体层主表面平行。
根据本发明的第十二种情形，在上述腐蚀方法中，半导体器件制造方法包括：
在III-V族化合物半导体层的主表面上制作一个带有窗口的隔离层；
用上述隔离膜作为掩模，用半导体腐蚀方法选择性地腐蚀上述III-V族化合物半导体层，即把上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下，用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀III-V族化合物半导体；以及
用上述隔离膜作为掩模，在不把上述III-V族化合物半导体层暴露于外部空气的情况下，用晶体生长气体代替用于上述腐蚀的腐蚀气体，选择性地生长一个多量子阱结构层。
因此，能够提供窗口宽度大的区域中厚度薄而窗口宽度小的区域中厚度大量子阱结构层，该量子阱结构层相对于上述III-V族化合物半导体层主表面高度相同。例如，当用它来制造集成半导体激光器和光调制器时，窗口宽度小的待成为半导体激光器区的区域处的多量子阱结构层的高度能与窗口宽度大的待成为光调制器区的多量子阱结构层的高度对齐，从而可获得激光传播性质优良的集成半导体激光器和光调制器。
根据本发明的第十三种情况，半导体器件制造方法包括：
用上述隔离膜作为掩模，用半导体腐蚀方法选择性地腐蚀上述III-V族化合物半导体层，即把上述III-V族化合物半导体层保持在高于其生长温度的温度下用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀III-V族化合物半导体。
因此，能高度重复地制造具有衍射光栅结构的半导体器件。
根据本发明的第十四种情况，在上述腐蚀方法中，上述多个条形窗口在一个指定区域的条长与其它区域的条长不同。
因此，能够同时制作具有不同深度的衍射光栅沟槽的衍射光栅结构，亦即在条长大的区域的中深度浅而在条长小的区域中的深度深。
根据本发明的第十五种情况，在上述腐蚀方法中，上述多个条形窗口的条长彼此相等，而且
上述隔离膜在与上述窗口排列方向相垂直的方向上的宽度小于其它区域的宽度。
因此，能够同时制作具有不同深度的衍射光栅沟槽的衍射光栅结构，即隔离膜宽度大的区域中的深度小而隔离膜宽度小的区域中的深度大。
根据本发明的第十六种情况，在上述腐蚀方法中还包括：
在选择性腐蚀上述III-V族化合物半导体层之后，在上述III-V族化合物半导体层不暴露于外部空气中的情况下，用上述隔离膜为掩模，同时用晶体生长气体代替腐蚀气体生长另一半导体层。
因此，能够提供一种具有衍射光栅结构的半导体器件，其中的衍射光栅结构在衍射光栅沟槽中再生长了其它半导体层以使再生长界面变得清洁。例如，当将此器件用于DFB(分布反馈激光器)时，可获得由衍射光栅再生长表面中杂质造成的损耗较小且激光特性优良的DFB激光器。
根据本发明的第十七种情况，制造半导体层的方法包括：
在第一导电类型的III-V族化合物半导体衬底的主表面上制作一个由III-V族化合物半导体材料构成的电流阻挡层；
在上述电流阻挡层的表面上制作一个带有条形窗口的隔离膜；
用上述隔离膜作为掩模，用半导体腐蚀方法对上述电流阻挡层进行选择性腐蚀，从而制作一个条形沟槽，即把上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀III-V族化合物半导体，从而形成条形沟槽；以及
在不把上述条形沟槽的表面暴露于外部空气中的情况下，用上述隔离膜作为掩模且更换上述用于腐蚀的腐蚀气体，选择性地生长一个含有一个第一导电类型包层、一个有源层和一个第二导电类型包层的双异质结构。
因此，能高度可控地在电流阻挡层上制作一条形沟槽，并能高度重复地制造具有所需结构的半导体激光器。此外，能将条形沟槽的再生长表面做得清洁，从而可提供性能优良的半导体激光器。
根据本发明的第十八种情况，在上述腐蚀方法中，半导体激光器的制造方法包括：
在第一导电类型III-V族化合物半导体衬底的主表面上制作一个含有一个第一导电类型包层、一个有源层和一个第二导电类型包层的双异质结构；
在上述双异质结构上制作一层条形隔离膜，并且用上述隔离膜作为掩模，由半导体腐蚀方法选择性地腐蚀上述双异质结构一直达到上述衬底的方法来制作一个台面条，即把上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀III-V族化合物半导体，以形成台面条；以及
用上述隔离膜作为掩模，在上述条形沟槽的表面不暴露于外部空气的情况下更换上述用于腐蚀的腐蚀气体，选择性地生长一个电流阻挡层以掩埋上述台面条。
从而，能够高度可控地将双异质结构腐蚀成台面条结构，而且能够高度重复地制作带有所需结构的半导体激光器。此外，能够将台面条侧面的再生长界面和半导体衬底的表面做得清洁，从而可获得性能优良的半导体激光器。
根据本发明的第十九种情况，在上述腐蚀方法中，制造半导体激光器的方法包括：
在第一导电类型III-V族化合物半导体衬底的主表面上制作一个包含III-V族半导体材料的电流阻挡层；
在电流阻挡层表面上制作一个带有多个互相平行并具有不同窗口宽度的条形窗口的隔离膜；
用上述隔离膜作为掩模，采用半导体腐蚀方法选择性的腐蚀上述电流阻挡层直至上述衬底而形成条形沟槽，即把上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下用含有构成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀III-V族化合物半导体，以形成多个条形沟槽；以及
用上述隔离膜作为掩模，在不把上述条形沟槽暴露于外部空气的情况下更换上述用于腐蚀的腐蚀气体，选择性地生长一个含有一个第一导电类型包层、一个多量子阱结构有源层和一个第二导电类型包层的双异质结结构。
因此，可以同时制作在相应于窗口宽度大的条形沟槽中具有厚度小的多量子阱结构有源层的双异质结构以及在相应于窗口宽度小的条形沟槽中具有厚度大的多量子阱结构有源层的双异质结构，并一次制作具有多个不同振荡波长的激光器元件的阵列式半导体激光器，从而可缩短制造工艺。
根据本发明的第二十种情况，制造半导体激光器件的方法包括：
在第一导电类型III-V族化合物半导体衬底的主表面上制作一个带有多个互相平行而窗口宽度不同的条形窗口的第一隔离膜；
用上述第一隔离膜作为掩模，采用半导体腐蚀方法选择性地腐蚀上述III-V族化合物半导体衬底，即把上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下，用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀III-V族化合物半导体，以形成多个条形沟槽；
用上述第一隔离膜作为掩模，在上述条形沟槽的表面不暴露于外部空气中的情况下更换用于腐蚀的上述腐蚀气体，选择性地生长一个含有一个第一导电类型包层、一个多量子阱结构有源层和一个第二导电类型包层的双异质结构，以便将上述多个条形沟槽掩埋起来；以及
在清除上述第一隔离膜之后，在上述双异质结构上制作一个沿上述双异质结构长度方向延伸的条形第二隔离膜，并且用上述第二隔离膜作为掩模腐蚀上述双异质结构，从而制成台面条；以及
用上述第二隔离膜作为掩模，制作一个电流阻挡层以便掩埋上述台面条。
因此，可以同时制作含有厚度在相应于窗口宽度大的区域中较薄的多量子阱结构有源层的双异质结构的台面条以及含有厚度在相应于窗口宽度小的区域中较厚的多量子阱结构有源层的双异质结构的台面条，并可一次制作具有多个振荡波长不同的激光器元件的阵列式半导体激光器，从而可缩短制造工艺。
根据本发明的第二十一种情况，制造半导体激光器的方法包括：
在含有III-V族化合物半导体的第一半导体层的主表面上制作一个带有条形窗口的隔离膜；
用上述条形隔离膜作为掩模，采用半导体腐蚀方法选择性地腐蚀上述III-V族化合物半导体衬底，即把上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀III-V族化合物半导体，以形成多个条形沟槽；
在上述条形V形沟槽的表面不暴露于外部空气中的情况下，用上述隔离膜作为掩模且用晶体生长气体代替上述腐蚀气体，在上述条形沟槽的底部选择性地生长一个电子运行层(electronrunning layer)；以及
在上述选择性生长之后，利用上述隔离膜选择性地生长一个材料与上述第一半导体层相同的第二III-V族化合物半导体层以掩埋上述条形V形沟槽。
因此，能够高度重复地提供带有量子线结构的半导体器件。此外，量子线结构可制作成使电子运行层的周围清洁，从而可获得具有优良特性的半导体器件。
根据本发明的第二十二种情况，制造半导体器件的方法包括：
在第一半导体层的主表面上制作一个含有一本征半导体层的电子运行层和一个含有一本征III-V族化合物半导体层电子运行层的第二半导体层；
在上述第二半导体层的表面上制作一个带有条形窗口的隔离膜；
用上述隔离膜作为掩模，采用半导体腐蚀方法腐蚀上述第二半导体层，即把上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀III-V族化合物半导体直至未到达上述电子运行层的深度，以形成条形V形沟槽；
在不把上述第二半导体层暴露于外部空气中的情况下，利用上述隔离膜作掩模并且用晶体生长气体取代上述腐蚀气体，选择性地生长一个带有规定导电类型的含有与上述第一半导体层相同材料的第三III-V族化合物半导体层，以便将上述V形沟槽掩埋起来。
因此，能高度重复地获得量子线结构。此外，量子线结构可制成使V形槽的再生长表面清洁，从而可获得具有优良特性的半导体器件。
根据本发明的第二十三种情况，半导体激光器包含：
一个其主表面上带有沟槽并含有多个窗口宽度不同区域的III-V族化合物半导体层，其中窗口宽的区域的深度比窗口窄的区域的深度更大；
一个含有为掩埋上述条形沟槽而制作的多量子阱结构层的双异质结构层，其窗口宽度大的区域比窗口宽度小的区域的厚度要薄，并且相对于III-V族化合物半导体层的主表面有一个在整个表面上相等的高度。
因此，当例如应用于集成半导体激光器和光调制器时，就可能使作为半导体激光器区的光发射部分的多量子阱结构层的高度和光调制器区的多量子阱结构层对准，从而提供激光传播性质优良的集成半导体激光器和光调制器。
根据本发明的第二十四种情况，一种半导体激光器包括：
一个第一导电类型的III-V族化合物半导体衬底；
一个含有III-V族化合物半导体材料且形成在上述第一导电类型III-V族化合物半导体衬底主表面上的电流阻挡层；
多个通过在电流阻挡层表面上形成多个窗口宽度不同且彼此平行的条形窗口、并且用上述隔离膜作为掩模用半导体腐蚀方法选择性地腐蚀上述电流阻挡层而形成的条形沟槽，即用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体并将上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下腐蚀III-V族化合物半导体直至达及上述衬底而形成的；以及
一个含有一个第一导电类型包层、一个多量子阱有源层和一个第二导电类型包层的双异质结构，这些层是在不把上述多个条形沟槽的表面暴露于外部空气中的情况下借助于用晶体生长气体替换用于腐蚀的上述腐蚀气体而选择性地生长用以掩埋上述条形沟槽的。
因此，能够在同一衬底上同时制作多个具有不同厚度的多量子阱结构有源层的双异质结结构。
根据本发明的第二十五种情况，半导体激光器包括：
一个第一导电类型III-V族化合物半导体衬底；
多个台面条，它通过在上述第一导电类型III-V族化合物半导体衬底上形成一个带有多个宽度不同、彼此平行的条形窗口的第一隔离膜而形成的；
用上述第一隔离膜作为掩模，用半导体腐蚀方法选择性地腐蚀上述III-V族化合物半导体，即用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体并将上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下腐蚀III-V族化合物半导体，从而形成多个长形沟槽；
在不把上述多个条形沟槽的表面暴露于外部空气中的情况下，用晶体生长气体替换上述腐蚀气体，选择性地生长一个含有一第一导电类型包层、一多量子阱结构有源层和一第二导电类型包层的双异质结构以掩埋上述多个条形沟槽，
在清除上述第一隔离膜之后，在上述双异质结构上形成一个沿上述双异质结构长度方向延伸的条形第二隔离膜，并用上述第二隔离膜作为掩模，腐蚀上述双异质结构；以及
一个为了掩埋上述台面条而用上述第二隔离膜作为掩模制作的电流阻挡层。
因此有可能在同一衬底上同时制作多个具有不同厚度的量子阱结构有源层的双异质结构。
图1(a)-1(d)示出了腐蚀沟槽的结构，这是用根据本发明的第一实施例的热腐蚀方法形成的。
图2(a)-2(b)示出了根据本发明第一实施例的热腐蚀方法形成的脊的结构。
图3(a)-3(b)示出了根据本发明第一实施例的热腐蚀方法形成的V形沟槽的结构。
图4(a)-4(b)是说明腐蚀深度与窗口宽度之间关系的图，它示出了根据本发明第一实施例的掩模窗口的宽度和腐蚀速率之间的关系以及窗口剖面。
图5(a)-5(b)示出了腐蚀深度和窗口宽度之间的关系，表明了根据本发明第一实施例的热腐蚀中的掩模窗口内腐蚀速率的差别和窗口剖面。
图6(a)-6(d)示出了根据本发明第一实施例的热腐蚀中掩模窗口间的距离和腐蚀速率的关系。
图7(a)-7(c)剖面图示出了根据本发明第二实施例制造带有V形槽的衍射光栅的方法。
图8剖面图示出了根据本发明第二实施例的带有V形槽的衍射光栅的结构。
图9(a)-9(c)剖面图示出了根据本发明第二实施例的另一形式的制造衍射光栅的方法。
图10(a)-10(b)为解释根据本发明第三实施例的制造衍射光栅方法的图。
图11(a)-11(b)解释了根据本发明第四实施例的制造衍射光栅的方法。
图12(a)-12(b)解释了根据本发明第三实施例的制造衍射光栅的方法。
图13(a)-13(b)解释了根据本发明第四实施例的制造衍射光栅的方法。
图14(a)-14(f)解释了根据本发明第五实施例的制造DFB激光器的方法。
图15(a)-15(d)解释了根据本发明第六实施例的制造DFB激光器的方法。
图16(a)-16(b)解释了根据本发明第七实施例的制造DFB激光器的方法。
图17(a)-17(d)解释了根据本发明第八实施例的制造DFB激光器的方法。
图18(a)-18(b)解释了根据本发明第八实施例变通另一形式的制造DFB激光器的方法。
图19(a)-19(d)解释了根据本发明第九实施例的制造DFB激光器的方法。
图20(a)-20(b)解释了根据本发明第九实施例另一形式的制造DFB激光器的方法。
图21(a)-21(d)解释了根据本发明第十实施例的制造DFB激光器的方法。
图22(a)-22(d)解释了根据本发明第十实施例另一形式的制造DFB激光器的方法。
图23(a)-23(d)解释了根据本发明第11实施例的制造DFB激光器的方法。
图24解释了根据本发明第11实施例的半导体激光器的漏电路径。
图25示出了根据本发明第11实施例的载流子进入晶体的效率与晶体表面方向之间的关系。
图26示出了根据本发明第11实施例另一形式的半导体激光器的结构。
图27(a)-27(d)为说明本发明第12实施例的制造半导体激光器的方法的剖面图。
图28(a)-28(b)示出了根据本发明第12实施例另一形式的半导体激光器的结构。
图29示出了根据本发明第12实施例另一变通形式的半导体激光器的结构。
图30(a)-30(d)解释了根据本发明第13实施例的半导体激光器的制造方法。
图31(a)-31(d)解释了根据本发明第14实施例的集成半导体激光器和光调制器的制造方法。
图32(a)-32(e)解释了根据本发明第14实施例的集成半导体激光器和光调制器的制造方法。
图33(a)-33(b)解释了根据本发明第15实施例的半导体腐蚀方法。
图34(a)-34(d)解释了根据本发明第16实施例的半导体激光器阵列的制造方法。
图35(a)-35(d)解释了根据本发明第16实施例另一形式的半导体激光器阵列的制造方法。
图36(a)-36(d)解释了根据本发明第17实施例的半导体激光器阵列的制造方法。
图37(a)-37(g)解释了根据本发明第18实施例的集成半导体激光器和光调制器的制造方法。
图38(a)-38(c)解释了根据本发明第19实施例的半导体腐蚀方法。
图39(a)-39(d)解释了根据本发明第20实施例的量子线结构的制造方法。
图40(a)-40(d)解释了根据本发明第20实施例另一形式的量子线结构的制造方法。
图41(a)-41(d)解释了根据本发明第20实施例另一变通形式的量子线结构的制造方法。
图42(a)-42(d)解释了根据现有技术的半导体腐蚀方法。
实施例1
图1(a)-1(d)为说明根据本发明第一实施例的半导体腐蚀方法的图，其中图1(a)和1(b)分别是腐蚀之后沿InP衬底(011)平面的剖面图和剖面示意图，而图1(c)和1(d)分别是腐蚀之后沿InP衬底(011)面的剖面图和剖面示意图。图中，参考号1表示InP衬底，参考号2表示带有宽度为5-6μm的窗口的隔离膜图形。
图2(a)-2(b)解释了根据本发明第一实施例的半导体腐蚀方法，其中图2(a)和2(b)分别是沿InP衬底(011)和(011)面的剖面图。图中，相同的参考号表示和图1中相同或相当的元件。参考号3a、3b表示沿〔011〕和〔011〕方向延伸的条形隔离膜图形。
图3(a)-3(b)分别是沿(011)和(011)面的剖面图，用来解释根据本发明第一实施例的半导体腐蚀方法。图中，相同的参考号表示和图1中相同或相当的元件。
现描述根据本发明第一实施例的腐蚀方法。首先，将其(100)面上制作了带有规定宽度的窗口的隔离膜2的InP衬底1置于MOCVD(金属有机化学气相淀积)设备中，并在650℃(此温度可生长InP晶体)以上约50℃、在pH3气氛中保持一小时。腐蚀条件则为：衬底温度Ts＝700℃，反应器压力P＝30乇，pH3流量＝400SCCM，氢气流量＝25SCCM。腐蚀之后，用SEM(二次离子显微镜)观察剖面结构，用接触系统台阶测量和SEM估测腐蚀量。
InP衬底1的(011)截面的形状在腐蚀之后变为图1(a)和1(b)所示的台面状并在台面槽底部出现具有良好表面形状的(100)面。此外，把台面的侧面腐蚀成上部为(111)A面而下部为(311)水平面。
此外，InP衬底1的(011)截面形状在腐蚀之后变成图1(c)和1(d)所示的台面结构，并在台面槽底部出现(100)平面。此外，台面沟槽的侧面被腐蚀成带有(111)B水平面的结构。
然后，当用带有上述窗口的隔离膜掩膜2继续腐蚀InP衬底1时，被腐蚀的台面沟槽的(011)和(011)的截面形状变成图3(a)和3(b)所示的其侧面由(111)A面组成的V形槽。这是由于在本第一实施例的腐蚀方法中(111)面的腐蚀速率大于(100)面而引起的一种现象。
接着，在InP衬底1中制作一个沿〔011〕方向延伸的条形隔离膜图形3a，而且用和前述相似的条件，用隔离膜作为掩模对InP衬底1进行腐蚀，从而产生带有图2(a)所示脊状结构的衬底1的(011)剖面。然后在脊的上部侧面形成(111)A平面而在脊的下部侧面形成(311)平面。
和上面相似，制作一个沿〔011〕方向延伸的条形隔离膜图形3b，并用隔离膜3b作为掩模对InP衬底1进行腐蚀，从而形成图2(b)所示的衬底1的(011)剖面，脊的侧面则变成(111)B面。
图4(a)和4(b)分别示出了说明用接触系统台阶测量法测得的腐蚀深度结果的图以及根据第一实施例的沿衬底1的条宽度方向上的剖面示意图，上述腐蚀结果是通过用带有多个条形窗口的隔离膜4腐蚀InP衬底1时得到的。从图4可见，根据本发明该实施例，随着窗口宽度变宽，腐蚀深度变深而腐蚀速率提高。
图5(a)和5(b)分别示出了当用带有宽度为200μm的窗口的隔离膜5作为掩模腐蚀InP衬底1时用接触系统台阶测量法测得的腐蚀深度结果，以及根据本第一实施例的衬底1的剖面示意图。从图5可见，随着离开掩模的距离，腐蚀后的槽截面形状逐渐变浅，因此，越靠近掩模附近，腐蚀速率越大。此处，图4(a)-4(b)和5(a)-5(b)所示的接触台阶计的测量结果在槽的深度方向上精度高而在宽度方向上精度低。此外，隔离膜4和5的窗口宽度比图1所示隔离膜2的窗口宽度大得多。此处，虽然被腐蚀的沟槽的侧面图形表示为接近垂直于衬底1的表面，但被腐蚀沟槽的实际侧面是倾斜的。
此外，图6(a)-6(d)是根据本发明第一实施例采用隔离膜图形6a和6b对InP衬底1进行腐蚀时的平面图(图6(a)、6(b))和剖面图(图6(c)、6(d))，其中隔离膜图形6a带有多个宽度相等并以规定间距排列的窗口，而隔离膜图形6b带有多个宽度与隔离膜图形6a相同而窗口之间的间距比图形6a大的窗口。当采用图6(a)、6(b)所示的隔离膜图形6a、6b进行腐蚀时，InP衬底1的剖面分别变成图6(c)、6(d)所示，而且当采用窗口间距大的隔离膜6b进行腐蚀时，有可能得到高速率的腐蚀。
在本发明第一实施例中，由于InP是保持在比其晶体生长温度约高50℃的温度下的pH3气氛中进行腐蚀的，因此能进行可控性优良的腐蚀。
虽然在上述第一实施例中，腐蚀温度是保持在比InP晶体的生长温度约高50℃的温度下，但本发明的腐蚀温度也可高于InP温度。
本第一实施例腐蚀方法所指出的衬底温度和pH3分压仅仅是一些例子。由于腐蚀速度随pH3分压、PH3流量等而变化，故可使腐蚀速率低至约1nm/min，这种腐蚀速率可提高可控性。
实施例2
图7示出了根据本发明第二实施例采用第一实施例中所述的热腐蚀方法制造衍射光栅的方法。图中，参考号1表示InP衬底，参考号7表示由隔离膜构成的衍射光栅掩模。
现对本第二实施例的制造方法加以描述。首先，如图7(a)所示，在InP半导体衬底1的(100)面上制作一个带有多个沿〔011〕方向以1000-1500间距排列的条形窗口的衍射光栅掩模7。接着如图7(b)所示，采用衍射光栅掩模7作为掩模，用第一实施例所述的热腐蚀方法对InP衬底1进行腐蚀。然后，沿衍射光栅的沟槽位置的晶体排列方向倾斜的平面变为(111)面而其底面变为(100)面。因此，如图7(c)所示，除去隔离膜7以获得衍射光栅。
在本实施例中，衍射光栅是通过热腐蚀制作的。因此，和采用湿法腐蚀相比，能够以更好的可控性来获得衍射光栅。此外，如第一实施例中所述，借助于控制pH3分压、pH3流量、衬底温度等就能控制腐蚀速率，而且通过将腐蚀速率控制到约为1nm/min，就能以很高的可控性制作约10nm微小高度的衍射光栅。
在上述第二实施例中进行热腐蚀之后，可再进行热腐蚀以制作包含(111)面的V形槽作为图8所示的衍射光栅的沟槽。此时，当形成含有(111)面的V形槽时，腐蚀速度很低，显得好象腐蚀停止了。因而，当制作带有V形剖面结构槽的衍射光栅时，很容易控制衍射光栅的形状。
虽然在上述实施例中衍射光栅的条形槽的排列方向是(011)，但本发明也可用于衍射光栅的条形槽按诸如(011)的其它方向排列的情况。而且此时可得到和上述第二实施例相同的效果。
在制作了第二实施例所示的衍射光栅之后，可按下述方法沿衍射光栅制作一个半导体层。图9(a)和9(c)是沿〔011〕方向的剖面，而图9(b)和9(d)是沿〔011〕方向的剖面，用以解释本发明第二实施例另一形式的制造衍射光栅的方法。图中，相同的参考号表示相同或相当的元件。参考号9表示由InP之类的半导体材料构成的再生长层。
以下描述再生长方法。首先，将其上制作有隔离膜7的InP衬底1置于MOCVD设备中，用图7(b)所示的腐蚀方法制作衍射光栅，然后，在不把衬底1暴露于外部空气中的情况下用晶体生长气氛替换设备中的气氛，于是生长出再生长层9。例如，当衍射光栅的排列方向为〔011〕时，如图9(a)所示在衬底1的表面上就形成带有梯形剖面的凸出物。此外，当衍射光栅的排列方向为〔011〕时，就如图9(b)所示形成其上部有梯形剖面而下部有反梯形剖面的凸出物。此处，在衍射光栅的二个排列方向〔011〕或〔011〕上，再生长层9的生长都可以被停止在与衬底1的表面相同的高度处，如图9(c)和9(d)所示。
在这种情况下，能够生长InP之类的半导体层而无需在InP衬底腐蚀之后将其暴露于空气中，并可获得氧化膜之类的杂质生长已被抑制了的衍射光栅。
在第二实施例的该另一形式中，衍射光栅条形槽的排列方向是〔011〕或〔011〕，本发明也可应用于条形槽取其它排列方向的情况，同样可得到第二实施例另一形式的情况中的效果。
虽然在上述情况中，用InP作为衍射光栅上的再生长层，但也可生长其它再生长晶体层来保护被腐蚀的表面。
而且，虽然在本第二实施例的另一方法中，在衍射光栅上形成了InP之类的再生长层来抑制诸如杂质在再生长界面上的产生，但在本发明中，在用热腐蚀法在诸如衬底之类的半导体层上形成光栅沟槽之后，也可以选择性地生长一个由待要成为衍射光栅层的材料构成的层，如图9(a)和9(b)所示。
实施例3
图10(a)-10(b)解释了根据本发明的第三实施例采用第一实施例所述热腐蚀方法来制造衍射光栅的方法。图中，和图1中相同的参考号表示相同或相当的元件。参考号10表示具有沿〔011〕方向延伸的条形窗口的隔离膜，而窗口制作成具有比其它区域更大的宽度。
图12(a)-12(b)解释了根据本发明第三实施例的制造衍射光栅的方法。图中，参考号12表示衍射光栅掩模，它包括一个带有多个沿〔011〕方向以1000-1500的间距排列的条形窗口的隔离膜。B1区域中沿衍射光栅〔011〕方向形成条形窗口，其条长大于反〔011〕方向处A1区中的窗口条长。例如，A1区窗口的条长约为50μm，而B1区窗口的条长为数百μm。
现技术制造方法。首先如图12(a)所示，制作一个带有排列在InP衬底1的(100)面上彼此平行的、间距为1000-1500的条形窗口的衍射光栅12。接着，采用第一实施例所用的热腐蚀并用同样的掩模，对InP衬底1进行腐蚀。
此处，如第一实施例中参照图4那样，热腐蚀的性质是窗口越窄腐蚀深度越深。结果，当用图10(a)所示的窗口图形来进行热腐蚀时，沿I-I剖面的腐蚀量如图10(b)所示。换言之，在宽度大的一部分条形窗口的腐蚀量小于其它部分的腐蚀量，而这部分被腐蚀沟槽的深度比其它部分的小。因此，图12(b)所示InP衬底1热腐蚀之后的III-III剖面变成图12(b)所示的样子，并制成在[011]方向这一侧的B1区腐蚀沟槽浅于反[011]方向A1区腐蚀沟槽的衍射光栅。
在此第三实施例中，获得了与第二实施例相似的效果，而且同时可获得在衍射光栅各排列方向带有深度不同的沟槽的衍射光栅，从而可缩短这种衍射光栅的制造工艺。
实施例4
图11(a)-11(b)解释了根据本发明第四实施例采用第一实施例中所述的热腐蚀来制造衍射光栅的方法。图中，和图1相同的参考号表示相同或相当的元件。参考号11表示带有条形窗口的隔离膜，且此隔离膜制作成沿条长方向一端侧处的宽度小于其它区域的宽度，而且窗口制作成宽度恒定。
图13(a)-13(b)解释了根据本发明第四实施例制造衍射光栅的方法。图中，和图12相同的参考号表示相同或相当的元件。参考号13表示衍射光栅掩模，它包括一个带有多个沿[011]方向以1000-1500间距平行排列的窗口的隔离膜。衍射光栅掩模13制作成在[011]方向一侧的B2区的宽度小于反[011]方向侧A2区的宽度，而条形窗口的条长彼此都相等。
以下描述制造方法。首先如图13(a)所示，在InP衬底1的(100)面上制作一个带有以规定间距1000-1500彼此平行排列的条形窗口的衍射光栅掩模13。接着，采用第一实施例所用的热腐蚀，用衍射光栅掩模13对InP衬底1进行热腐蚀。
此处，如参照图6在第一实施例中所述的，热腐蚀的性质是对掩模窗口的腐蚀深度随着彼此邻近的掩模的宽度变大而变大。因此，当用图11(a)所示的窗口图形对InP层1进行热腐蚀时，沿II-II剖面的腐蚀量如图11(b)所示。具体地说，在邻近宽度大的那部分隔离膜11的条形窗口区，腐蚀量变得大于窗口其它部分的腐蚀量，且腐蚀沟槽的深度变得小于其它部分腐蚀沟槽的深度。因而，在本第四实施例中，通过隔离膜13中宽度小的B区中窗口的腐蚀沟槽深度变得小于通过宽度大的A2区中窗口的腐蚀沟槽的深度。所以，图13(a)所示的InP衬底1在热腐蚀之后的IV-IV剖面变成图13(b)所示的情况。换言之，形成了位于[011]方向侧B2区的腐蚀沟槽比反[011]方向一侧A2区的腐蚀沟槽浅的衍射光栅。
和第三实施例相似，在此第四实施例中，也可同时获得沿光栅排列方向带有深度不同的沟槽的衍射光栅。
实施例5
图14(a)-14(f)示出了根据本发明第五实施例的用第一实施例的热腐蚀来制造DFB(分布反馈)半导体激光器的剖面图和流程图。图14(a)、14(d)-14(f)是沿半导体激光器谐振腔宽度方向的剖面图，图14(b)和14(c)是沿半导体激光器谐振腔长度方向的剖面图。
图中，参考号21表示p型InP衬底，参考号22表示p型包层，参考号23表示InGaAsP有源层，参考号24表示InP光引导层，参考号25表示InGaAsP衍射光栅层，参考号26表示n型InP包层。参考号32表示隔离膜图形，参考号27a表示第一p型埋层，参考号28表示n型InP埋层，参考号29表示InP接触层，参考号30表示n侧电极，参考号31表示p侧电极。此外，S1表示第一步晶体生长工序，S2表示衍射光栅制作工序，S3表示第二步晶体生长工序，S4表示波导制作工序，S5表示第三步制作工序，S6表示电极制作工序。
现描述制造工艺。
首先，作为图14(a)所示的第一步晶体生长工序S1，在MOCVD设备中相继在p型InP衬底21的(100)面上生长p型InP包层2、InGaAsP有源层23、n型InP光引导层24和InGaAsP衍射光栅层25。
接着，在图14(b)的衍射光栅制作工序中，将晶片从MOCVD设备取出，在衍射光栅层25上制作一个隔离膜(未示出)，并在隔离膜上制作一个带有1000-1500间距沿[011]方向彼此平行排列的线条的条形衍射光栅图形32。然后在MOCVD设备中，用隔离膜作为掩模，通过第一实施例所述的热腐蚀从InGaAsP衍射光栅层25表面一直腐蚀到n型InP光引导层24，从而形成带有(111)小平面的沟槽，并获得衍射光栅。
然后，在从MOCVD设备取出晶片并清除隔离膜图形32之后，执行第二步晶体生长工序S3以生长一个n型InP包层26将衍射光栅掩埋起来。
接着，在n型InP包层26上制作一个沿谐振腔长度方向延伸的条形隔离膜图形(未示出)，并且用此图形作为掩模、用溴甲醇混合物湿法腐蚀从n型InP包层26表面一直腐蚀到InP衬底21，从而在图14(e)所示的波导制作步骤S4中制作波导(一种台面条)，然后在图14(e)的步骤中执行第三步晶体生长工序S5，并在制作第一p型InP埋层27a、n型InP埋层28和第二p型InP埋层27b之后，生长接触层29，并在图14(f)的步骤即电极制作工序S6中在接触层29上制作n侧电极30，在衬底21的背面制作p侧电极31，从而制成一个长波长DFB激光二极管。
如上所述，根据该第五实施例，由于用湿法腐蚀代替了第一实施例所述的热腐蚀，故能够高可控性地控制腐蚀，从而能获得高精度的DFB激光器。
实施例6
图15(a)-15(d)示出了根据本发明第六实施例制造DFB激光二极管的方法的主要工艺步骤。在图15(a)-15(d)中，和图14相同的参考号表示相同或相当的元件。参考号26a表示第一n型InP包层，26b表示第二n型InP包层。
按照此第六实施例，在图15(a)所示的第一步晶体生长中，于衍射光栅层25的表面上制作第一n型InP包层26a，如图15(b)所示在表面上制作衍射光栅图形32，用衍射光栅图形32作为掩模热腐蚀第一InP包层26a的表面直至n型InP光引导层24，以形成如图15(c)所示的具有(111)水平的沟槽，再如图15(d)所示制作第二n型InP包层26b。此时，也获得了和第五实施例相同的效果。
实施例7
图16(a)-16(b)示出了根据本发明第七实施例的制造DFB半导体激光器的主要步骤的剖面图。图中，与图15(a)-15(d)相同的参考号表示相同或相当的元件。图中，参考号26c表示第三n型InP包层，26d表示第四n型InP包层。
在第六实施例中，在图15(c)步骤中于MOCVD设备内用热腐蚀制作衍射光栅沟槽之后，将晶片从MOCVD设备中取出，去除衍射光栅图形32，并在MOCVD设备中再次生长第二n型InP包层26b。而在第七实施例中，不用将晶片取出MOCVD设备，即在不使其暴露于外部空气的情况下将MOCVD设备中的气氛改变为晶体生长气氛，从而再次生长第三包层26c直到与第一n型InP包层26a高度相同，然后将晶片从MOCVD设备中取出，并清除衍射光栅图形32，再如图16(d)所示，生长第四InP包层26d。
在现有技术的诸如DFB激光器等带有衍射光栅结构的半导体激光器中，在再生长时在衍射光栅再生长界面上会形成氧化膜，并在衍射光栅表面上产生杂质造成的能级，使光的损耗增加，从而得不到所需要的激光器特性。但在本第七实施例中，衍射光栅层25的再生长界面未被暴露于外部空气，可以抑制衍射光栅层25表面上氧化膜之类杂质的产生，从而能获得具有清洁再生长界面的DFB激光器。结果，在衍射光栅表面上不形成杂质造成的能级，从而获得光损耗低的DFB激光器。
实施例8
图17(a)-17(d)示出了根据本发明第8实施例制造DFB激光器的方法。图中，和图14相同的参考号表示相同或相当的元件。参考号35表示n型InP衬底，36表示n型InGaAsP光引导层。
在本第8实施例的DFB激光器中，各层的导电类型和第五实施例中的相反，衍射光栅制作在有源层23和n型InP衬底35之间，而光引导层36的材料是n型InGaAsP。亦即，如图17(a)所示，与第五实施例类似，n型InP包层26生长在n型InP衬底35上，衍射光栅图形32如图17(b)所示制作在n型InP包层26上，如图17(c)所示，衍射光栅沟槽用第一实施例所示的热腐蚀法来制作，清除隔离膜32并制作光引导层36、有源层23和n型InP包层22，从而获得和第五实施例相同的效果。
在上述第8实施例中，制作了n型InGaAsP光引导层36。然而如图18(a)所示，在用热腐蚀制作衍射光栅沟槽之后，也可以不从MOCVD设备中取出晶片，即在晶片不被暴露于外部空气中的情况下将MOCVD设备中的气氛替换为晶体生长气氛，再次生长第一n型InP GaInAsP光引导层36b，然后如图18(b)所示从MOCVD设备中取出晶片，并在清除衍射光栅图形32之后生长第二n型InGaAsP光引导层36b。此时也可获得与第8实施例相同的效果，并可获得具有清洁的衍射光栅结构再生界面的特性优良的激光二极管。
实施例9
图19(a)-19(d)示出了根据本发明第9实施例制造DFB激光器的方法。图中，和图14相同的参考号表示相同或相当的元件。参考号24a和24b表示第一和第二n型InP光引导层，而37表示n型InGaAsP衍射光栅层。
本第9实施例采用第一和第二光引导层24a和24b代替n型InGaAsP光引导层36。更确切地说，在n型InP衬底35上如图19(a)所示制作n型InP包层26、n型InGaAsP层37和第一InP光引导层24a，衍射光栅图形32如图19(b)所示制作在表面上，并且用它作为掩模对第一InP光引导层24a进行热腐蚀直至达及n型InP包层26，以形成带有(111)小平面的沟槽(图19(c))。而且，在清除掉衍射光栅图形32之后，制作第二n型InP光引导层24b以掩埋沟槽，从而得到和上述实施例相同的效果。
在上述第9实施例中，制作了n型InP光引导层24b。然而，如图20(a)所示，在用热腐蚀法制作衍射光栅沟槽之后，也可以不从MOCVD设备中取出晶片，即在不将晶片暴露于外部空气中的情况下用晶体生长气氛替换MOCVD设备中的气氛，再次生长第三InP光引导层24c，然后将晶片从MOCVD设备中取出，清除隔离膜，再生长第四n型InP光引导层24d。此时也可获得与第8实施例相同的效果并获得具有清洁的再生长界面的特性优良的激光二极管。
实施例10
图21(a)-21(d)是沿谐振腔长度方向的剖面图，说明根据本发明第10实施例制造DFB激光器的方法。图中，和图14相同的参考号表示相同或相当的元件。参考号38(同一号用于不同的层)表示n型InGaAsP再生长层。
在上述第五实施例中，如图14(a)所示，在有源层23上制作了n型InP包层24、n型InGaAsP衍射光栅层26，并用衍射光栅32作掩模热腐蚀n型InGaAsP衍射光栅层26，以制作如图14(b)所示的衍射光栅。在本第10实施例中，如图21(a)所示，将n型InP包层24制作在有源层23上，热腐蚀是在MOCVD设备中用衍射光栅图形32作掩模而进行的(图21(b))，然后用晶体生长气氛替换MOCVD设备中的气氛，同时不把晶片暴露于外部空气中，在通过热腐蚀n型InP包层24所形成的沟槽中再次生长一个沿谐振腔宽度方向延伸而在谐振腔长度方向上具有梯形剖面的条形n型InGaAsP再生长层38(图21(c))，清除衍射光栅图形32，并且在制作n型InP包层26之后用与第五实施例类似的工艺制作一个半导体激光器，本第10实施例可获得和第五实施例相同的效果。
在本第10实施例中，对第五实施例所示半导体激光器的制造方法进行了描述。但本发明也可用来制造具有另一种衍射光栅的半导体激光器。例如，当采用第8实施例的制造方法时，如图22所示，n型InP包层26制作在n型InP衬底35上(图22(a))，在MOCVD设备中用衍射光栅图形32来热腐蚀n型InP衬底35(图22(b))，然后在不使晶片暴露于外部空气中的条件下用晶体生长气氛替换MOCVD设备内的气氛，在由热腐蚀n型InP包层26所形成的沟槽中再生长一个沿谐振腔宽度方向延伸并在谐振腔长度方向上具有梯形剖面的条形n型InGaAsP层38，从而形成衍射光栅(图22(c))，其后制作n型InP光引导层24、InGaAsP有源层23和p型InP包层22，然后进行和第8实施例类似的工序，从而形成半导体激光器。此时，也可获得和第10实施例相同的效果。
在第5到第10实施例中，衍射光栅的晶格沟槽的排列方向是[011]。但衍射光栅晶格沟槽的排列方向也可以是诸如<011>之类的其它方向，也能获得和上述各实施例相同的效果。
虽然在第5到第10实施例中给出的描述是DFB激光器的制造方法，但本发明也可应用于除带衍射光栅结构的半导体激光器件之外的其它半导体器件，并能获得与第5到第10实施例相同的效果。
实施例11
图23(a)-23(d)为示出了根据本发明第11实施例采用第一实施例中所述的热腐蚀来制造DFB激光器的方法的剖面图。图中，参考号40表示P型InP衬底，41表示P型InP包层，42表示InGaAsP有源层，43表示n型InP包层，44表示含有氮化硅之类的隔离膜图形，45和47分别表示第一和第二P型InP电流阻挡层，46表示n型InP电流阻挡层，48表示n型InP接触层，49表示n侧电极，50表示P侧电极。
现描述制造方法。
首先，如图23(a)所示，在P型InP衬底40的(100)表面上生长一个含有P型InP包层41、InGaAsP有源层42和n型InP包层43的双异质结构。
接着，如图23(b)所示，在双异质结构上制作一个隔离膜，并用光刻制作方法一个宽度为数μm的沿〔011〕方向延伸的条形隔离膜图形44。用第一实施例中描述的热腐蚀法进行腐蚀直至达及InP衬底40，从而形成一个侧面为(111)面的脊形结构。
此外，如图23(c)所示，在不把晶片暴露于外部空气中的情况下用晶体生长气氛替换MOCVD设备中的气氛，并用隔离膜44作为掩模选择性地生长P型InP电流阻挡层45、n型电流阻挡层46和P型InP电流阻挡层47以掩埋上述的脊。
然后，从MOCVD设备中取出晶片，清除晶片上的隔离膜44，并将晶片放回MOCVD设备，如图23(d)所示，在整个表面上生长n型InP接触层48，再分别在n型InP接触层48的表面和衬底40的背面制作n侧电极49和P侧电极50，然后将晶片切割成半导体激光二极管元件。
在本实施例11中，用实施例1所示热腐蚀法能高可控性地制作脊形结构，并可高重复性地制作半导体激光器。而且，由于不使用腐蚀液，在MOCVD设备中执行热腐蚀而制作脊之后，就有可能在不将晶片暴露于外部空气中的情况下制作再生长层以掩埋脊条，从而可避免在再生长界面，上聚积氧化物之类的杂质，可获得特性优良的半导体激光器。
虽然在实施例11的半导体激光器中，流过脊区以外的其它区域的无效电流被含有第一P型InP阻挡层45、n型第一InP阻挡层46和P型第二InP阻挡层47的三个阻挡层所阻挡，致使电流51a流过脊形结构部分，但仍有可能出现漏电流51流过n型InP包层43和第一P型阻挡层45到达P型InP包层41a而不流经有源区42的情况。在图24中，和图23(a)-23(d)相同的参考号表示相同的元件。图为漏电流强烈地影响激光二极管的特性，故需要借助于提高有源层42附近的P型InP阻挡层45的电阻来降低漏电流51。
图25示出了当杂质流量恒定时载流子进入晶体的效率与晶体表面取向之间的关系。如图24所示，p型杂质52和n型杂质53进入晶体的效率对晶体表面的依赖情况是：当从(100)表面变为(111)表面时，p型杂质52的进入效率减小，而n型杂质53的进入效率增大。因此，当将p型杂质和n型杂质提供给带有(100)平面和(111)斜面的晶片以生长InP时，斜面能比平面进入的n型杂质的数量大。
因而，当在生长p型InP阻挡层45时提供p型杂质和n杂质时，大量杂质进入到形成在图26所示脊的倾斜部位处的p型InP阻挡层45，补偿p型杂质的n型杂质的浓度变得很高，从而获得高电阻区45a。在图25中，相同的参考号表示相同或相当的元件。作为这类杂质，例如可同时馈送DEZn或H2S。结果，用高阻区45a来阻挡图24所示的漏电流51，可形成对光发射有贡献的电流51b。因而可获得由于抑制了漏电流51的产生而具有高效率的半导体激光器。至此，必须使与p型杂质一起提供的n型杂质的量不致于使斜面成为n型。
此外，尽管在本实施例11中提供了p型InP阻挡层45、n型InP阻挡46和p型InP阻挡层47所构成的阻挡层，但也可采用诸为Fe-InP高阻层或与InP衬底40晶格匹配的AlInAs高阻层之类的电流阻挡层，或者诸为可用于普通激光二极管的AlGaInP层或AlGaAs层之类的与InP衬底40晶格不匹配的层来作为电流阻挡层，可获得和实施例11相同的效果。
虽然在本实施例11中脊条的方向做成〔011〕方向，但本发明也可用于脊条方向做成诸为〔011〕等其它方向的情况，并可获得和实施例11相同的效果。
实施例12
图27(a)-27(d)剖面图示出了采用第一实施例所述的热腐蚀法制造DFB激光器的方法。在制造半导体激光器的方法中，本实施例12采用第一实施例中所述的热腐蚀。
图中，相同的参考号表示相同或相当的元件。参考号54表示掺Fe的InP(以下称为Fe-InP)阻挡层，55表示隔离膜，56表示台面槽。
现描述制造方法。首先，如图27(a)所示，在p型InP衬底40的(100)面上生长Fe-InP阻挡层54。然后可在p型InP衬底40同Fe-InP阻挡层54之间形成p型InP缓冲层。接着，在阻挡层54上制作一个隔离层55，再用光刻方法制作一个宽度为数微米、沿〔011〕方向延伸的条形窗口。
接着，如图27(b)所示，用隔离膜55作为掩模，在MOCVD设备中采用热腐蚀方法，对Fe-InP层54进行腐蚀直至达及p型InP衬底40，从而形成带有(111)B小平面的沟槽56。
之后，在不把晶片暴露于外部空气中的情况下选择性地生长一个含有p型InP包层41、有源层42和n型InP包层43的双异质结构以掩埋沟槽56(图27(c))。
然后，在将晶片从MOCVD设备中取出并清除隔离膜55之后，如图27(d)所示，在MOCVD设备中于整个表面上生长n型InP接触层48，在接触层48的表面和衬底40的背面上分别制作n侧电极49和p侧电极50，然后将晶片分割成激光二极管元件。
在本实施例12的半导体激光器件中，在台面槽56中制作了一个双异质结构。然而，由于半导体材料通常在(111)B表面上的生长速率小于(100)表面上的生长速率，故在台面沟槽56的倾斜表面上几乎不生长有源层42。因此，在倾斜表面上的有源层42中不发射激光，而且只在位于平行于(100)面的平面上的有源层42中出现激光振荡。
在此实施例中，采用第一实施例所述的热腐蚀，可高控制性地制作台面沟槽，而且可高重复性地制作半导体激光器。此外，由于不使用腐蚀液且在MOCVD设备中用热腐蚀法制作台面沟槽之后无需将晶片暴露于外部空气而可选择性地在台面沟槽上生长双异质结构，故可避免氧化膜之类的杂质在再生长界面上聚集，因而可获得优良特性的半导体激光器。
虽然在图28(a)所示的此实施例12中，因为在如图28(a)所示的(111)B倾斜表面上也形成了双异质结构层，故有可能产生流经形成在台面槽56的(111)B倾斜面上的双异质结构层的漏电流57，和流经形成在(100)面上的作为光发射区的有源层42的对光发射有贡献的电流57a不一样，漏电流57不流经光发射区。为了阻挡这种漏电流57，为实施例11所述，可同时馈送p型和n型杂质，以生长p型InP包层41，使区域41a形成在包层41的台面槽56的(111)B面上，亦即在高阻有源层42的光发射区附近。在图28(a)-28(b)中，和图27(a)-27(d)相同的参考号表示相同或相当的元件。
在实施例12中，制作了一个双异质结构来掩埋沟槽56，清除了隔离膜55并提供了接触层48，而且还制作了n侧电极49。然而在本发明中，在形成了双异质结构以掩埋沟槽56之后，也可在隔离膜55窗口中的n型InP包层43上制作一个金系列电极58，可获得相同的效果。此处在图29中，和图27中相同的参考号表示相同或相当的元件。参考号58表示n侧电极。
在上述实施例中，Fe-InP层被用作电流阻挡层材料。在本发明中，其它的高阻层也可采用。此外，可以使用含有P型阻挡层/n型InP层/p型Inp阻挡层的多层结构，也可得到与实施例12相同的效果。
实施例13
图30(a)-30(d)示出了根据本发明第13实施例制造DFB激光器的方法。图中，和图5和27相同的参考号表示相同或相当的元件。
如图30(a)所示，用带有形成在InP衬底1上并具有规定窗口宽度的窗口的隔离膜5作为掩模，在InP衬底1上进行InP包层41的选择性生长，其结果是因气相中材料的浓度梯度而造成掩模附近的生长速度较高。因而，当采用选择性掩模5来选择性生长含有p型InP包层41、有源层42和n型InP包层43的激光二极管双异质结构时，将得到图30(c)的情况，其中的有源层42在掩模附近向上弯曲。例如，当采用掩模窗口宽度方向为谐振腔长度方向的双异质结构制作半导体激光器时，会得到在谐振腔小平面附近有源层弯曲的半导体激光器，使激光器特性变坏。
另一方面，当用第一实施例所述的热腐蚀，对InP衬底1进行选择性腐蚀时，如图5(a)所示，掩模附近的腐蚀速度变大。因而，在此实施例13中，采用第一实施例所述的热腐蚀，利用掩模5腐蚀InP衬底1的(100)面(图30(c))，并在此被腐蚀的沟槽中制作p型InP包层41。然后，当接近掩模5时，p型InP包层41的生长速率更高，热腐蚀形成的沟槽更深，从而p型InP包层41的表面在InP衬底1的表面处成为近乎平坦。此外，当p型InP包层41的表面做成几乎平坦时，制作了有源层42，并进一步生长了n型包层43。
根据半导体激光器的这种制造方法，台面沟槽是用热腐蚀制作的，然后在台面沟槽中选择性地生长双异质结构，从而可将有源层做成平行于衬底表面。
实施例14
图31(a)-31(d)示出了根据本发明实施例14制造具有光调制器的半导体激光器的方法。图中，和图32相同的参考号表示相同或相当的元件。参考号60表示p型InP衬底。61表示p型InP包层。62表示含InxGa1-xAsyP1-y的阱层和势垒层交替层叠而成的量子阱结构有源层。63表示n型InP包层。此处，图31(a)是一平面图，示出了从InP衬底60表面侧受到的隔离膜图形10，图31(b)-31(d)分别是沿图30(a)中V-V的剖面图。在图31(b)-31(d)中，横坐标表示衬底60上的位置，纵坐标表示以衬底60的表面高度为0时的层厚度。
图32(a)是从衬底60表面侧受到的平面图，示出了根据本发明实施例14制造带有光调制器的半导体激光器的方法；图32(b)、32(d)和32(e)图32(a)沿VI-VI的剖面图；图32(c)为图32(a)沿VII-VII的剖面图。图中，和图31相同的参考号表示相同或相当的元件。参考号64表示条形隔离膜，65表示n型InP接触层，66和68分别表示第一和第二n型InP电流阻挡层，67表示p型电流阻挡层。
现参照图31(a)-31(d)来描述带有光调制器的半导体激光器的制造方法。现有技术的带有光调制器的半导体激光器是将LD部分和光调制器部分单片集成而成的，它利用了由隔离膜图形的窗口宽度差别所造成的选择性生长速率的差别。首先，在p型InP衬底60上制作一个带有如图31(a)所示的沿衬底60的长度方向延伸的条形窗口的隔离膜图形10。此图形沿衬底60的长度方向分成半导体激光器区10a和光调制器区10b，其窗口设定为光调制区10b中的窗口大于半导体激光器区10a中的窗口。例如，半导体激光器区10a中窗上的宽度设定为约50μm而光调制器区10b中窗口的宽度设定为100μm。
接着，用此隔离膜图形10作为掩模，相继生长p型InP包层61、含有InGaAsP的量子阱结构有源层62和n型InP包层6。在隔离膜图形10中窗口宽度大的部位的晶体生长速度小于窗口宽度小的部位，光调制器区10b的晶体生长速度变得小于半导体激光器区10a的晶体生长速度，而且如图31(b)所示，光调制器区的各层厚度小于半导体激光器区各层的厚度。而且，在n型InP包层63上制作一个接触层(未示出)，在半导体衬底60的背面制作一个电极，并且用蒸发之类的方法分别在各个半导体激光器区10a和光调制器区10b区中的接触层上制作彼此独立的电极，从而获得带有光调制器(未示出)的半导体激光器。
现描述带有光调制器的现有技术半导体激光器的运行。在带有光调制器的现有技术半导体激光器中，半导体激光器区10a中的量子阱有源层62的厚度大于光调制器区10b中的有源层62的厚度，故光调制器区10b中有源层62的能带隙大于半导体激光器区10a中有源层62的能带隙。因此，半导体激光器区10a有源层62中产生的激光在光调制器区10b中传播，而且，借助于向光调制器区10b的电极加或不加电压，光调制器区10b中有源层62的能带隙变成大于或者小于半导体激光区10a中有源层62的能带隙，从而半导体激光器区10a有源层10a中产生的光在输出到光调制区10b时依次被截断，从而产生光信号。
在带有光调制器的现有技术半导体激光器中，采用隔离膜图形10，改变晶体生长速度而在衬底60上相继制作p型InP包层61、InGaAsP量子阱有源层62和n型InP包层63，从而改变量子阱有源层62的厚度。因此，在半导体激光器区10a与光调制器区10b之间沿有源层62的高度方向出现位置偏离，由这一位置偏离阻挡激光的传播，因而不能充分增强半导体激光器区10a中有源层62与光调制器区10b中有源层62之间激光的传播特性。
现描述根据本发明实施例14制造半导体激光器的方法，此方法可解决上述问题。首先，如图31(a)示，在衬底60上制作一个带有沿衬底60长度方向延伸的条形窗口的隔离膜图形10。此隔离膜图形10分成半导体激光器区10a和光调制器区10b，而且将光调制器区10b中的窗口调整成大于半导体激光器区10a中的。例如，半导体激光器区10a中窗口的宽度设定为约50μm，而光调制器区10b中窗口的宽度设定为约数百μm。
接着，用隔离膜图形10作为掩模，用第一实施例所述的热腐蚀法对InP底60进行热腐蚀。当这样执行腐蚀时，腐蚀衬底60使得隔离膜10窗口宽度大的调制区10b中的腐蚀深度小，而隔离膜10窗口宽度小的半导体激光区10a中的腐蚀深度大(图31(c))。
然后，用隔离膜图形10作为选择掩模，在被腐蚀的衬底60上制作p型InP包层61以便基本上掩埋被腐蚀清除的区域，然后选择性地生长InGaAsP量子阱有源层62和n型InP包层63。于是，如上所述，在选择性生长中，隔离膜图形窗口宽度大的部位处的晶体生长速度小，而且形成在光调制器区10b上的各层的厚度小于形成在半导体激光器区10a上的各层的厚度。然而，如图31(c)所示，光调制器10b中的腐蚀深度小于半导体激光器区10a中的腐蚀深度。因此，埋置制作p型InP包层61到高度接近衬底60的表面之后，当如图31(d)生长量子阱有源层62时，半导体激光器区10a的有源层62和光调制器区10b的有源层62可以制作成彼此高度几乎相等。
而且，如图32(a)所示，用光刻方法在形成于隔离膜10窗口上的n型InP包层63上制作一个沿衬底1长度方向延伸、宽度约为数μm的条形隔离膜掩模64。图32(b)和32(c)分别示出了图32(a)的VI-VI剖面。然后，用此隔离膜64作为掩模，执行第一实施例所述的热腐蚀直至达及半底60，从而形成台面条，之后用选择生长气氛替换MOCVD设备中的气氛，并制作第一n型InP电流阻挡层66、p型InP电流阻挡层67和第一n型InP电流阻挡层68以掩埋台面条。此时的半导体激光器区10a的VI-VI剖面示于图32(d)。
接着，从MOCVD设备中取出晶片，清除隔离膜6并如图32(e)所示制作InP接触层65。再在半导体衬底60的背面制作p侧电极(未绘出)并在半导体激光器区10a和光调制器区10b的接触层65表面上分另制作各电极(未绘出)，从而制成带有光调制器的半导体激光器。
在根据本发明实施例14的半导体器件制造方法中，由于在用带有条宽不同的窗口的隔离膜10作掩模执行衬底60的热腐蚀之后，利用隔离膜掩模10选择性地生长一个双异质结构，以制作带有光调制器的半导体激光器，形成在激光器区10a中的有源层62的厚度可做成大于光调制器区10b中的有源层62的厚度，而且半导体激光器区10a的有源层高度和光调制器区10b的有源层高度能够做成彼此相等，从而可获得在半导体激光器区10a中量子阱有源层62与光调制器区10b中量子阱有源层62之间具有优良激光传播特性的带有光调制器的半导体激光器。
在上述第14实施例中，可用半导体激光器制造方法中所用的湿法腐蚀来制作台面。
此外，阻挡层可以是能用于常规半导体激光器中的任何结构或任何材料。
在实施例11-14中，描述了一种半导体激光器。然而，本发明可应用于半导体光器之外的任何半导体器件，并可获得与各个实施例相同的效果。
实施例15
图33(a)-33(b)示出了根据本发明实施例15的半导体腐蚀方法。图中，和图5中相同的参考号表示相同或相当的元件。本实施例的腐蚀方法采用在第一实施例所述热腐蚀中加入诸如TMI(三甲基铟)的有机金属来供给In。
在第一实施例所述的热腐蚀中，掩模5附近的腐蚀速率加快，并且在研究腐蚀之后沿InP衬底1的深度方向的结构时，其剖面结构在掩模5附近变深而离开掩模的部位较浅。然而，采用在第一实施例的热腐蚀中加入TMI之类的有机金属来供给In，使掩模附近的腐蚀速度变小且被腐蚀的底面可如图33(b)所示做平。这是由于TMI分解而形成的In原子扩散进入气相并供给到掩模附近。采用加In的方法还可使被腐蚀的表面更清洁。在图33(a)-33(b)中，虽然被腐蚀沟槽的侧面示意地画成垂直于衬底1的表面，但实际上被腐蚀的沟槽的侧面是倾斜的。
根据本实施例，采用在第一实施例所示热腐蚀中加入In并调整In的加入量的方法，可控制沿掩模窗口宽度方向的腐蚀速度的差别，从而导致带有平坦腐蚀底面的腐蚀。此外，借助于加入In可使腐蚀表面清洁。
在实施例15中，本发明被用于第一实施例所述的热腐蚀。采用卤族系列气体时，本发明可用于一般的气相腐蚀。例如可以把In加入可用HCl气体的气相腐蚀中，这可获得与实施例15相同的效果。
实施例16
图34(a)-34(d)示出了根据本发明实施例16的一种阵列式半导体激光器/以下称为阵列激光器)。图中，和图27相同的参考号表示相同或相当的元件。参考号70表示隔离膜。
本实施例16的阵列激光器根据实施例12的半导体激光器制造方法制造一个阵列式半导体激光器。具体地说，在衬底40上制作一个Fe-InP阻挡层，在表面上制作一个带有以规定间距平行排列的条形窗口的隔离膜55，在MOCVD设备中，用第一实施例所述的热腐蚀法腐蚀Fe-InP阻挡层表面直至达及衬底40的部位，在不把晶片暴露于外部空气的情况下用晶体生长气氛替换MOCVD设备中的气氛，选择性地生长p型InP包层41、InGaAsP有源层42和n型InP接触层43，之后，清除隔离膜并在整个表面上制作n型InP接触层48，n侧电极49和p侧电极50分别制作在接触层48和衬底1的背面上，从而如图34(a)所示在衬底40上获得带有多个激光器元件的激光器阵列，其效果和实施例12相同。
在实施例16中，阵列激光器的接触层48的n侧电极49制作为彼此集成在一起而不分割成各别的激光器元件。也可以如图34(b)所示，在制作相似于实施例16的接触层48之后，在隔离膜54上的接触层48上制作一个达及隔离膜54的条形沟槽，并制作SION之类的隔离膜70以将其掩埋，从而为各个激光器元件提供接触层48，并在隔离膜70之间的接触层48上提供n侧电极49。此时，制作了依赖于各个激光器件的n侧电极49，从而有可能独立地控制各个激光器元件。
此外，在实施例16中，也可以在选择性生长n型InP包层43之后，于整个表面上制作n侧电极49而不清除用于选择生长的隔离膜55，从而得到图34(c)所示结构的阵列激光器。
在实施例16中，也可以在选择性生长n型InP包层43之后制作n侧电极49，以掩埋隔离膜55的窗口，从而制作图34(d)所示结构的阵列激光器，其效果和实施例16相同并可独立地控制各个激光器元件。
此处，在上述实施例16中，用实施例12所述的半导体激光器制造方法制作了阵列式激光器。现描述一种变通方法，其中采用实施例11所述的半导体激光器制造方法来制作阵列式半导体激光器。
图35(a)-35(d)示出了实施例16的变通例，其中与图23和34相同的参考号表示相同或相当的元件。
图35(a)所示阵列激光器已将实施例12所述半导体激光器集成在一个阵列中，而且在制作p型InP包层41、有源层42和n型InP包层43之后，在n型InP包层43上制作了多个沿谐振腔长度方向延伸且以规定间距彼此平行排列的条形隔离膜，然后执行和第11实施例制造半导体激光器方法相同的制造方法，其效果与实施例11相同。
作为本实施例16的另一变通例，如图35(b)所示，在相似于实施例16那样制作接触层48之后，制作一个达及并止于第二p型InP阻挡层47的第二条形沟槽的条形沟槽，制作一层隔离膜70以将其掩埋，并在位于隔离膜70之间的那部分接触层48上制作n侧电极49，此时也可独立地控制各个激光器元件。
作为本实施例16的又一变通例，n侧电极49可制作在第二p型InP阻挡层47和脊条上而不提供接触层48，从而制成带有图35(c)所示结构的阵列激光器。
作为本实施例16的再一变通例，在选择性生长第二p型InP阻挡层47之后，清除用来制作脊状的条形隔离膜掩模，在第二电流阻挡层47上制作隔离膜70，并制作n侧电极49以掩埋隔离膜70的窗口，从而制成带有图35(d)所示结构的阵列激光器。
实施例17
图36(a)-36(d)示出了根据本发明实施例17制造阵列式激光器的方法。本实施例的阵列激光器是一种带有波长不同的激光器元件的阵列激光器，而且是用相似于实施例16的方法制造的。
图中，和图27相同的参考号表示相同或相当的元件。参考号42a表示由均含有InxGa1-xAsyP1-y层的阱层和垒层构成的多量子阱结构有源层，54a、54b和54c表示形成在隔离膜55中的具有不同窗口宽度的多个窗口的各部位，其中窗口54a的宽度最小而窗口54b的宽度最大。
现描述运行情况。首先，如图36(a)所示，在InP衬底40上制作一个Fe-InP电流阻挡层54，并制作一个带有多个沿[011]方向延伸的具有不同窗口宽度的条形窗口的隔离膜掩模55。
接着，用隔离膜55作为掩模，用第一实施例所述的热腐蚀法对电流阻挡层54进行腐蚀直至达及InP衬底40。然后如在第一实施例中结合图4所述，由于当掩模窗口宽度小时腐蚀深度大，故形成在窗口54a中的台面槽的深度变大，而形成在窗54c中的台面槽的深度变得最小。
接着如图36(c)所示，制作p型InP包层41、多量子阱有源层42a和n型InP包层43以掩埋腐蚀所形成的台面槽。此处，当晶体生长由MOCVD来执行时，在宽度大的窗口中的晶体生长速度低而在宽度小的窗口中的生长速度高。因此，在窗口宽度大的浅腐蚀部位处由热腐蚀形成的台面沟槽中的晶体生长速度低，而在窗口宽度小的深腐蚀部位处的晶体生长速度高。在窗口54a、54b和54c中，窗口54a上的晶体生长速度最高，而窗口54c上的晶体生长速度最低。结果，形成在各个窗口中的有源层42a的位置高度相对于衬底1的表面变成几乎彼此相等。因而在窗口54a、54b和54c中，形成在窗口54a处的量子阱有源层42的厚度最大，而形成在窗口54c处的量子阱有源层42的厚度最小。
然后如图36(d)所示，在隔离膜掩模55的窗口中制作一个n侧电极49，而p侧电极50制作在衬底1的背面，从而获得阵列激光器。
本实施例的阵列激光器，其各个激光器元件的多量子阱有源层42a的阱层和垒层的厚度随隔离膜55的窗口宽度而不同，因此，各激光元件发射的激光的波长也不同。
用这种方法，在本实施例的阵列激光器中，采用带有宽度不同的窗口的掩模来执行热腐蚀，然后用晶体再生长来制作双异质结构，从而可同时制作具有隔离膜窗口宽度不同的量子阱有源层的激光器元件，而且可缩短能发射不同波长激光的激光阵列。实施例18
图37(a)-37(g)剖面图示出了根据本发明实施例18制造带有光调制器的阵列激光器的方法。本实施例18的带有光调制器的阵列激光器是一种具有多个各自带有光调制器的半导体激光器的阵列激光器，多个半导体激光器各具有波长不同的光调制器，它们是用和实施例16相同的方法制造的。在图37(a)-37(g)中，与图32(a)-32(e)相同的参考号表示相同或相当的元件。参考号62a表示由各自含InxGa1-xAsyP1-y的垒层和阱层构成的多量子阱有源层，73表示含Au系列材料的形成在半导体激光器区域中的n侧电极。54表示Fe-InP阻挡层，70表示含SiON之类的隔离膜。
现描述制造方法。首先，形成一个带有多个条形掩模图形的隔离膜1图形，此图形在半导体激光器区的窗口宽度小而在光调制器区的窗口宽度大，这些窗口彼此平行。其后，制作窗口图形，使半导体激光器区的各窗口宽度彼此不同。
然后，在与实施例14类似用隔离膜10作为掩模对衬底1进行热腐蚀(图37(b))之后，制作p型InP包层61、量子阱有源层62a和n型InP包层63。沿半导体激光器区谐振腔长度方向的剖面就变成相似于实施例14图31(d)所示的结构，而且在沿半导体激光器区谐振腔宽度方向的剖面中，形成在隔离膜10图形小的窗口图形处的有源层62a的阱层和垒层的厚度变厚，而形成在窗口宽度大的窗口图形部位的有源层62a的阱层和垒层较薄。
然后，与实施例14类似，在清除隔离膜10之后，制作条形隔离膜64，用隔离膜作为掩模执行热腐蚀或湿法腐蚀直至达及衬底1，并如图37(d)所示，形成一个台面条，制作一个Fe-Inp电流阻挡层54以掩埋台面条，清除隔离膜64，再在阻挡层54和n型InP包层63上制作n型InP接触层65。
之后，对各台面条之间的接触层65进行腐蚀清除直至达及阻挡层54以形成沟槽，并制作一个隔离膜70以掩埋沟槽，从而相应于各台面条将接触层65分隔开来。然后，在衬底1背面制作p侧电极(未绘出)，在半导体激光器区的接触层65表面上制作电极73，并在光调制器区的接触层65表面上制作一个电极(未示出)，从而如图37(g)所示获得带有光调制器的阵列激光器，它包含多个带有光调制器的激光器元件。
在本实施例18中，由于各个带有光调制器的激光器元件的半导体激光器区上有源层62a的阱层和垒层的厚度随隔离膜的窗口宽度而不同，从带有光调制器的各激光器元件的半导体激光器区发射的光的波长就各不相同，结果就可获得能发射不同波长激光的带有光调制器的阵列激光器。
如上所述，在根据本实施例18的带有光调制器的阵列激光器中，采用带有多个宽度不同的窗口的掩模来执行热腐蚀，而且再生长一个双异质结构以形成含有多个带光调制器的激光器元件的激光器阵列，带有光调制器的多个激光器元件具有其厚度随隔离膜窗口宽度而不同的量子阱有源层，从而缩短了能发射多个不同波长的带光调制器的激光器阵列的制造工艺。
在上述实施例16-18中，描述了半导体激光器，但本发明也可应用于半导体激光器以外的半导体器件，并可获得相同的效果。实施例19
图38(a)-38(c)示出了根据本发明实施例19的半导体腐蚀方法。图中，参考号71表示可见光，72表示InP衬底，72a表示InP再生长层。
现描述半导体腐蚀方法。首先，InP衬底72置于将衬底温度设定在低于以和第一实施例所述相同的条件只腐蚀InP的温度的气氛中。接着如图38(a)所示，用可见光只照射衬底72上待要腐蚀的区域。然后，光照部位达到能发生热腐蚀的温度，而且在衬底72中只有光照区域的InP被加热并被选择性地腐蚀(图38(b))。
如上所述，在本实施例19中，把第一实施例所述的热腐蚀与光照结合起来，InP层表面只有光照的区域被加热并被腐蚀，从而InP层能够被容易地选择性腐蚀而无需使用隔离膜之类的选择掩模。
在上述实施例19中，采用了可见光，但也可采用红外光或紫外光，可获得相同的效果。
在上述实施例19中，当衬底1的温度能生长InP而低于InP发生腐蚀的温度，并且提高照射光的能量时，在光照区的InP就被腐蚀，且被腐蚀的In扩散进入气相，如图38(c)所示。于是In原子扩散到未被光照的部位并同腐蚀气氛中的pH3反应，能够再生长InP层72a，从而能够同时执行选择性腐蚀和选择性生长。
在上述实施例19中，描述了采用第一实施例所述热腐蚀的情况，本发明也可应用于采用卤族系列气体的普通气相腐蚀情况，而且即使在这种情况下，当光照射时，接受到光能量的部位也极易与HCl之类的卤族气体发生反应，从而有可能使光照区发生选择性腐蚀。实施例20
图39(a)-39(d)剖面图示出了用第一实施例所述热腐蚀制造量子线结构的方法的主要工艺步骤。图中，参考号80表示InP衬底，81表示隔离膜图形，82表示InP埋层，87表示n型InP埋层，83表示InGaAs电子运行层，84表示i型InGaAs电子运行层，85表示电子储存部分。
现描述制造方法。首先，在InP衬底80的(100)面上制作一个隔离膜81，并用光刻方法在隔离膜81中制作一个沿[011]方向延伸的条形隔离窗口。然后用第一实施例所述的热腐蚀法制作带有(111)侧面的V形槽。
接着，在V形槽底部生长一个厚度小于10nm的InGaAs电子提供层83。由于V形槽的侧面是(111)面，故其上难以生长InGaAs层83。再在InGaAs层83上生长InP埋层82。用上述工艺制作成一个由InP衬底80和InP埋层82所环绕的含InGaAs层83的量子线结构。
在本发明的实施例20中，由于V形槽是用第一实施例的热腐蚀法制作的，故能够高可控性地制作量子线。
虽然在上述实施例20中，用InGaAs作为形成量子阱处的材料，本发明也可使用诸如AlInAs之类的用于普通量子线的任何材料。
在上述实施例20中描述了制作量子线的情况。但在一个衬底上也有可能集成多个量子线。以下描述集成多个量子线的实施例20的另一种形式。
图40示出了本发明实施例20的一个变通例。图中，参考号39表示相同或相当的元件。参考号88表示p型InP衬底，89表示n型InP层。
现描述制造方法。首先，在p型InP层的(100)面上制作一个隔离膜81，用EB(电子束)方法、FIB(聚焦离子束)方法、干涉曝光法和相移曝光法制作一个微图形，其中多个宽度约为20nm的窗口以20nm的间距排列。接着，用热腐蚀法采用隔离膜81作为掩模，制作侧表面为(111)面的沟槽。然后选择性地生长i型InGaAs电子运行层84以掩埋沟槽，并在清除掩模81之后，制作n型InP层87以形成含InGaAs层8的量子线。
在本实施例20的变通例中，可获得与实施例20相同的效果，而且可容易地集成量子线。
在本变通例中，在热腐蚀衬底88之后，隐埋地制作可能起量子线作用的i型InGaAs层84。然而如图41(a)所示，i型InGaAs层84和第一n型InP层89a也可以制作在衬底11上，并在表面上制作一个带有宽度约为20nm的精细图形的隔离膜81，用此作为掩模执行热腐蚀直至达及衬底88，腐蚀沟槽被第二n型InP层89b所掩埋，并且在清除隔离膜81之后，在第一n型InP层89a表面上和第二n型InP层89b表面上制作第三n型InP层89c。在图41中，和图40相同的参考号表示相同或相当的元件。参考号89a、89b和89c表示第一、第二和第三n型InP层。此时可获得与实施例20相同的效果。在实施例1-12、实施例14、实施例16-18中描述的半导体器件诸如半导体激光器件中，InP被用作接触层材料。为了与电极取得更容易的接触，可在InP接触层上层叠一个InGaAs接触层。
再者，在上述实施例中，描述了热腐蚀法应用于InP系列材料的情况。本发明也可应用于对其它III-V族化合物半导体材料执行热腐蚀的情况。例如，当对GaAs执行热腐蚀时，可以在高于GaAs的生长温度的温度下馈送AsH3代替pH3来执行腐蚀，并且当GaAs以外的III-V族化合物半导体被腐蚀时，可在高于III-V族化合物半导体的生长温度的温度下进行腐蚀。此时可获得与各实施例相同的效果。

Claims (25)

1.一种半导体腐蚀方法，包括：
把III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下、利用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀上述III-V族化合物半导体。
2.权利要求1的腐蚀方法，其中将组成上述III-V族化合物半导体层的III族气体加入到上述腐蚀气体中以控制上述腐蚀的腐蚀特性。
3.权利要求1的腐蚀方法，其中所述的III-V族化合物半导体层是一种InP层，且上述腐蚀是用含磷的气体来进行的。
4.权利要求1的腐蚀方法，其中所述的III-V族化合物半导体层是一种InP层，且上述腐蚀是在把上述InP层保持于700℃以上的温度下而进行的。
5.权利要求1的腐蚀方法，其中所述的III-V族化合物半导体层是一种InP层，且上述腐蚀是在把上述InP层保持于700℃以上的温度下、用流量为400SCCM的pH3和流量为25SCCM的H2作为腐蚀气体并保持反应设备中的压力为30乇的条件下进行的。
6.权利要求1的腐蚀方法还包括：
在上述III-V族化合物半导体层的主表面上制作一个带有条形窗口的隔离膜所述条形窗口包含多个窗口宽度不同的区域；以及
用上述隔离膜作为掩模，选择性地腐蚀上述III-V族化合物半导体层。
7.权利要求1的腐蚀方法还包括：
制作一个带有规定宽度的条形窗口并沿上述窗口部分的条形方向有多个宽度不同的区域的隔离膜；
用上述隔离膜作为掩模，选择性地腐蚀上述III-V族化合物半导体层。
8.一种半导体腐蚀方法，包括：
只选择性地腐蚀上述III-V族化合物半导体层表面的规定部位，其做法是将上述III-V族化合物半导体层保持在供有包含组成上述III-V族化合物半导体层的V族气体的腐蚀气体的气氛中并对上述规定部位进行加热。
9.权利要求8的半导体腐蚀方法，其中所述的腐蚀是在把上述III-V族化合物半导体层保持在上述III-V族化合物半导体能进行晶体生长的温度下进行的。
10.一种制造半导体器件的方法，包括：
在III-V族化合物半导体层的主表面上制作一个带有窗口的隔离膜；
用上述隔离膜作为掩模，采用半导体腐蚀方法对上述III-V族化合物半导体层进行选择性腐蚀，即将上述III-V族化合物半导体层保持在高于其生长温度的温度下用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体对III-V族化合物半导体进行腐蚀；以及
用上述隔离膜作为掩模，并在不把上述III-V族化合物半导体层暴露于外部空气中的情况下用晶体生长气体替换用于上述腐蚀的腐蚀气体，生长另一个半导体层。
11.一种制造半导体器件的方法，包括：
在第一导电类型III-V族化合物半导体层的主表面上制作一个带有窗口的隔离膜；
用上述隔离膜作为掩模，用半导体腐蚀方法选择性地腐蚀上述第一导电类型III-V族化合物半导体层，即将上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀III-V族化合物半导体；以及
用上述隔离膜作为掩模，并在不把上述III-V族化合物半导体层暴露于外部空气中的情况下用晶体生长气体替换用于上述腐蚀的腐蚀气体而相继选择性地生长一个含有一第一导电类型色层、一有源层和一第二导电类型包层的双异质结构。
12.一种制造半导体器件的方法，包括：
在III-V族化合物半导体层的主表面上制作一个带有窗口的隔离膜；
用上述隔离膜作为掩模，用半导体腐蚀方法选择性地腐蚀上述III-V族化合物半导体层，即将上述III-V族化合物半导体层保持高于其晶体生长温度的温度下用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀III-V族化合物半导体；以及
用上述隔离膜作为掩模，在不把上述III-V族化合物半导体层暴露于外部空气中的情况下用晶体生长气体替换用于上述腐蚀的腐蚀气体以选择性地生长一个多量子阱结构层。
13.一种制造半导体器件的方法，包括：
制作一个带有多个彼此平行排列的条形窗口的隔离膜；
用上述隔离膜作为掩模，用半导体腐蚀方法选择性地腐蚀上述III-V族化合物半导体层，即将上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀III-V化合物半导体。
14.权利要求13的制造半导体器件的方法，其中所述的多个条形窗口在规定的区域中的条长与其它区域的条长不同。
15.权利要求13的制造半导体器件的方法，其中所述的多个条形窗口有彼此相等的条长，而且上述隔离膜制作成在与上述窗口排列方向垂直的方向上的宽度小于其它区域的宽度。
16.权利要求13的制造半导体器件的方法，还包括：
在选择性地腐蚀上述III-V族化合物半导体层之后，用上述隔离膜并在不把上述III-V族化合物半导体层暴露于外部空气中的情况下用晶体生长气体替换腐蚀气体而生长另一半导体层。
17.一种制造半导体层的方法，包括：
在第一导电类型III-V族化合物半导体衬底的主表面上制作一个含III-V族化合物半导体材料的电流阻挡层；
在上述电流阻挡层上制作一个带有条形窗口的隔离膜；
借助于用上述隔离膜作为掩模，用半导体腐蚀方法对上述电流阻挡层进行选择性腐蚀而制作一个条形沟槽，即将上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀III-V族化合物半导体，从而形成条形槽；以及
用上述隔离膜作为掩模，并在不把上述条形槽的表面暴露于外部空气中的情况下替换用于上述腐蚀的腐蚀气体，从而选择性地生长一个含有一第一导电类型包层、一有源层和一第二导电类型包层的双异质结构。
18.一种制造半导体激光器的方法，包括：
在第一导电类型III-V族化合物半导体衬底的主表面上制作一个含有第一导电类型包层、有源层和第二导电类型包层的双异质结构；
在上述双异质结构上制作一个条形隔离膜，并以上述隔离膜作为掩模，用半导体腐蚀方法对上述双异质结构进行选择性腐蚀直至达及上述衬底从而制作一个台面条，即将上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀III-V族化合物半导体，以制作台面条；以及
用上述隔离膜作为掩模，并在不把上述条形槽的表面暴露于外部空气中的情况下替换用于上述腐蚀的上述腐蚀气体，从而选择性地生长一个电流阻挡层以掩埋上述台面条。
19.一种制造半导体器件的方法，包括：
在第一导电类型III-V族化合物半导体衬底的主表面上制作一个含有III-V族半导体材料的电流阻挡层；
在电流阻挡层的表面上制作一个具有多个互相平行而宽度不同的条形窗口的隔离膜；
以上述隔离膜作为掩模，用半导体腐蚀方法对上述电流阻挡层进行选择性腐蚀直至达及上述衬底而制作一个条形槽，即将上述III-V族化合物半导体层处保持在高于其晶体生长温度的温度下用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀III-V族化合物半导体，以形成多个条形槽；以及
用上述隔离膜作为掩模，并在不把上述条形槽的表面暴露于外部空气中的情况下替换用于上述腐蚀的上述腐蚀气体而选择性地生长一个包括第一导电类型包层、多量子阱结构有源层和第二导电类型包层的双异质结构。
20.一种制造半导体激光器的方法，包括：
在第一导电类型III-V族化合物半导体衬底的主表面上制作一个带有多个互相平行而宽度不同的条形窗口的第一隔离膜；
以上述第一隔离膜作为掩模，用半导体腐蚀方法选择性地腐蚀上述III-V族化合物衬底，即将上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀III-V族化合物半导体，以制作多个条形槽；
用上述第一隔离膜作为掩模，并在不把上述条形槽的表面暴露于外部空气中的情况下替换用于上述腐蚀的上述腐蚀气体，选择性地生长一个包括第一导电类型包层、多量子阱结构有源层和第二导电类型包层的双异质结构，以便掩埋上述多个条形槽；以及
在清除上述第一隔离膜之后，在上述双异质结构上制作一个沿上述双异质结构长度方向延伸的条形第二隔离膜，并且用上述第二隔离膜作为掩模对上述双异质结构进行腐蚀，从而形成的台面条；以及
用上述第二隔离膜作为掩模，制作一个电流阻挡层以掩埋上述台面条。
21.一种制造半导体激光器的方法，包括：
在含有III-V族化合物半导体的第一半导体层的主表面上制作一个带有条形窗口的隔离膜；
以上述条形隔离膜作为掩模，用半导体腐蚀方法选择性地腐蚀上述III-V族化合物半导体衬底，即将上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀III-V族化合物半导体，以制作多个条形槽；
在不把上述条形V形槽的表面暴露于外部空气中的情况下用晶体生长气体替换上述腐蚀气体，利用上述隔离膜在上述条形槽底部选择性地生长一个电子运行层；以及
在上述选择性生长之后，用上述隔离膜选择性地生长一个所含材料与上述第一半导体层相同的第二III-V族化合物半导体层，以便掩埋上述条形V形槽。
22.一种制造半导体器件的方法，包括：
在第一半导体的主表面上制作一个含有本征半导体层的电子运行层和一个含有本征III-V族化合物半导体层电子运行层的第二半导体层；
在上述第二半导体层上制作一个带有条形窗口的隔离膜；
以上述隔离膜作为掩模，用半导体腐蚀方法腐蚀上述第二半导体层，即将上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀III-V族化合物半导体，其深度不达及上述电子运行层，以制作条形V形槽；
用上述隔离膜并在不把上述第二半导体层的表面暴露于外部空气中的情况下用晶体生长气体替换上述腐蚀气体，从而选择性地生长一个具有规定导电类型、所含材料和上述第一半导体层相同的第三III-V族化合物半导体层，以掩埋上述V形槽。
23.一种半导体激光器，包括：
一个其主表面上带有沟槽的III-V族化合物半导体层，它包括多个窗口宽度不同的区域，且窗口宽度大的区域的深度大于窗口宽度小的区域的深度；
一个包括为掩埋上述条形槽而制作的多量子阱结构层的双异质结构层，其在窗口宽度大的区域中的厚度比窗口宽度小的区域中薄，且其相对于III-V族化合物半导体层主表面的高度在整个表面上相等。
24.一种半导体激光器，包括：
一个第一导电类型III-V族化合物半导体衬底；
一个形成在上述第一导电类型III-V族化合物半导体衬底主表面上、含有III-V族化合物半导体材料的电流阻挡层；
多个条形沟槽它们是借助于在电流阻挡层上形成多个窗口宽度不同且互相平行的条形窗口并以上述隔离膜作为掩模，用半导体腐蚀方法对上述电流阻挡层进行选择性腐蚀，即将上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体III-V族化合物半导体进行腐蚀直至达及衬底而形成的；以及
一个含有第一导电类型包层、多量子阱结构有源层和第二导电类型包层的双异质结构，它是借助于在不把上述多个条形槽的表面暴露于外部空气中的情况下替换上述腐蚀气体而选择性地生长的，以便掩埋上述条形槽。
25.一种半导体激光器，包括：
一个第一导电类型III-V族化合物半导体衬底；
多个台面条，其形成方法如下：
在上述第一导电类型III-V族化合物半导体衬底的主表面上制作一个带有多个宽度不同且互相平行的条形窗口的第一隔离膜，
以上述第一隔离膜作为掩模，用半导体腐蚀方法选择性地腐蚀上述III-V族化合物半导体衬底，即将上述III-V族化合物半导体层保持在高于其晶体生长温度的温度下用含有组成上述III-V族化合物半导体层的V族材料的腐蚀气体腐蚀III-V族化合物半导体，从而制成多个条形槽。
在不把上述多个条形槽的表面暴露于外部空气中的情况下用晶体生长气体替换用于上述腐蚀的上述腐蚀气体，选择性地生长一个含有第一导电类型包层、多量子阱结构有源层和第二导电类型包层的双异质结构以便掩埋上述多个条形槽，
在清除上述第一隔离膜之后，在上述双异质结构上制作一个沿上述双异质结构长度方向延伸的条形第二隔离膜，并且用上述第二隔离膜作为掩模，腐蚀上述双异质结构；以及
一个用上述第二隔离膜作为掩模制作为掩埋上述台面条而形成的电流阻挡层。
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