CN1251371C - 表面发射型半导体激光器及其制造方法 - Google Patents

表面发射型半导体激光器及其制造方法 Download PDF

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Abstract

提供一种表面发射型半导体激光器及其制造方法，该表面发射型半导体激光器包括衬底、形成在衬底上并包括第一导电类型半导体层的第一反射镜、包括第二导电类型半导体层的第二反射镜、设置在第一反射镜和第二反射镜之间的有源区、设置在第一和第二反射镜之间并包括选择氧化区的电流限制层和无机绝缘膜。台面结构至少包括第二反射镜和电流限制层。无机绝缘膜至少覆盖台面结构的侧表面并具有等于或小于1.5×109达因/cm2的内应力。

Description

表面发射型半导体激光器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种表面发射型半导体激光器(surface emittingsemiconductor laser)及其制造方法，特别涉及一种选择氧化类型的表面发射型半导体激光器及其制造方法。
背景技术
近年来，对具有容易设置二维阵列源以及低阈值电流和低功耗优点的表面发射型半导体激光器的需求日益增长。这些优点在光学通信和光学记录的技术领域中倍受瞩目。这种表面发射型半导体激光器也被称为垂直腔面发射激光器(VCSEL)(vertical-cavity surface-emittinglaser)。
本发明的发明人已经在日本特许公开专利申请公报No.11-340565中提出了一种改进的表面发射型半导体激光器，其具有延长的使用寿命和均匀的输出功率。所提出的激光器件具有台面结构的选择氧化型表面发射激光器。例如可以为氧化硅、氮氧化硅或氮化硅的无机绝缘膜(层间绝缘膜)覆盖台面结构的顶表面的边缘部分以及其侧表面。这可以防止台面结构凹进并延长激光器件的使用寿命。
然而，本发明人发现在上述申请中公开的器件结构中仍然存在下列问题。如该申请所述，覆盖台面结构的顶表面和侧表面的无机绝缘膜(层间绝缘膜)是通过等离子体辅助化学汽相淀积(PCVD)形成的。在下列条件下该无机绝缘膜可以生长到约800nm。衬底温度设定为约250℃，RF功率设定为100W。施加26.6Pa的压力，同时提供35ccm的SiH4(甲硅烷)和240ccm的氨作为源气。利用牛顿环(Newton’s ring)法测量的在上述条件下生长的氮化硅中内应力等于或大于3×109达因/cm2。内应力作用于台面结构的氧化控制层(电流限制层)和有源区上。在大于一定水平的内应力作用于无机绝缘膜上或在其中产生大应变的情况下，氧化控制膜和/或有源区可能在短时间内劣化或其强度变弱。这可能导致台面结构形成凹陷，或者可能使层间绝缘膜和形成在其上的金属互连线从衬底升高。这可能导致线断开。这些问题都将缩短半导体激光器的使用寿命。
发明内容
鉴于上述问题已经提出了本发明，并提供一种表面发射型半导体激光器及其制造方法。
更具体地说，本发明提供一种表面发射型半导体激光器，包括：衬底；形成在衬底上并包括第一导电类型的半导体层的第一反射镜；包括第二导电类型的半导体层的第二反射镜；设置在第一反射镜和第二反射镜之间的有源区；设置在第一和第二反射镜之间并包括选择氧化区的电流限制层；和无机绝缘膜，台面结构，至少包括第二反射镜和电流限制层，无机绝缘膜至少覆盖台面结构的侧表面并具有等于或小于1.5×109达因/cm2的内应力。
根据本发明的另一方面，提供一种表面发射型半导体激光器，包括：衬底；形成在衬底的第一主表面上的分布反馈型的第一半导体叠层，该第一半导体叠层具有第一导电类型；形成在第一半导体叠层上的有源区；形成在有源区上的分布反馈型的第二半导体叠层，该第二半导体叠层具有第二导电类型；包括至少一个AlxGa1-xAs(0.9≤x≤1)并置于第一和第二半导体叠层之间的电流控制层，其中所述AlxGa1-xAs具有部分氧化区；和无机绝缘膜，台面结构的范围为至少从第二半导体多层的上部到电流控制层，无机绝缘膜至少覆盖台面结构的上表面和侧表面并具有等于或小于1.5×109达因/cm2的内应力。
根据本发明的又一方面，提供一种表面发射型半导体激光器，包括：衬底；包括形成在衬底上的第一导电类型半导体层的第一反射镜；包括第二导电类型半导体层的第二反射镜；设置在第一反射镜和第二反射镜之间的有源区；包括选择氧化区并置于第一和第二反射镜之间的电流限制部分；和无机绝缘膜，台面结构至少包括第二反射镜和电流限制部分，无机绝缘膜至少覆盖台面结构的侧表面并包括具有拉应力的第一绝缘膜和具有压应力的第二绝缘膜的叠层。
根据本发明的再一方面，提供一种表面发射型半导体激光器，包括：衬底；形成在衬底第一主表面上的分布反馈型的第一半导体叠层，该第一半导体叠层具有第一导电类型；形成在第一半导体叠层上的有源区；形成在有源区上的分布反馈型的第二半导体叠层，第二半导体叠层具有第二导电类型；包括至少一个AlxGa1-xAs(0.9≤x≤1)并置于第一和第二半导体叠层之间的电流控制层，其中所述AlxGa1-xAs具有部分氧化区；和无机绝缘膜，台面结构的范围为至少从第二半导体多层的上部到电流控制层，无机绝缘膜至少覆盖台面结构的上表面和侧表面，并包括具有拉应力的第一绝缘膜和具有压应力的第二绝缘膜的叠层。
根据本发明的又一方面，提供一种制造选择氧化类型的表面发射型半导体激光器的方法，包括以下步骤：在衬底上形成包括第一和第二反射镜、电流限制层和有源区的多层；形成范围至少从第二反射镜到电流限制层的台面结构；从台面结构的侧表面氧化电流限制层；以及形成无机绝缘膜，该无机绝缘膜至少覆盖台面结构的侧表面，并具有等于或小于1.5×109达因/cm2的内应力。
附图说明
通过下面结合附图的详细说明，使本发明的其它目的、特征和优点更加清楚，在附图中：
图1是根据本发明实施例的表面发射型半导体激光器的剖面图；
图2A-2L分别是图1中所示的表面发射型半导体激光器的制造方法的剖面图；
图3是在氢和氮的稀释气体中氢的比例和内应力之间的关系图；和
图4是通过加速老化测试获得的层间绝缘膜中的内应力和可靠性之间的关系图。
具体实施方式
下面参照附图介绍本发明的实施例。
第一实施例
图1是根据本发明实施例的表面发射型半导体激光器的剖面图。参见图1，表面发射型半导体激光器100包括激光器件部分101，其具有圆柱形的台面结构。台面结构可以称为柱式结构或柱状结构。应该注意到，为了简便起见，从图1中省去了用于涂覆台面结构101的保护或钝化膜以及从金属接触层延伸的键合焊盘(bonding pad)。
激光器100具有n型GaAs衬底1、形成在GaAs衬底1上的n型GaAs缓冲层2、n型下部DBR(分布布喇格反射器)层3、以及形成在下部DBR层3上的有源区7。有源区7是未掺杂下间隔层4、未掺杂量子阱层5和未掺杂上间隔层6的叠层。控制电流的电流限制层8设置在有源区7上，并包括p型AlAs部分8a和AlAs氧化区8b。p型AlAs部分8a限定位于电流限制层8的中心的圆形光学孔。AlAs氧化区8b围绕AlAs部分8a，并限制通过所述孔的电流和光线。P型DBR层9设置在电流限制层8上。P型接触层10形成在上部DBR层9上。P型接触电极11具有环形形状并在接触层10上限定出射光窗口11a。出射光窗口保护膜12形成在接触电极11上。层间绝缘膜13覆盖台面结构的上表面的端部、侧表面和台面底部。P侧布线电极14形成在层间绝缘膜13上并经形成在层间绝缘膜13中的接触孔13a连接到接触电极11。n侧电极15形成在衬底1的背面上。下部DBR层3和上部DBR层9用作反射镜。
出射光窗口11a具有圆形形状，并且其中心基本上与垂直于衬底1并穿过台面结构101的中心的光轴重合。电流限制层8的P型AlAs部分8a的中心基本上与所述光轴重合。也就是说，p型AlAs部分8a和出射光窗口11a对准。
根据本发明的表面发射型半导体激光器100不同于常规激光器的地方在于激光器100具有减小的内应力。虽然将在后面介绍形成层间绝缘膜13的方法，根据本实施例，内应力被减小到1.5×109达因/cm2或更低，因此层间绝缘膜13可以较少变形并增强机械性，这防止了台面结构凹进。
下面将参照图2A-2I介绍图1中所示的表面发射型半导体激光器的制造方法。
A：层的外延生长
通过MOCVD或MBE在衬底1上依次生长多层。如图2A所示，在n型GaAs衬底1上，依次生长n型GaAs缓冲层2、下部DBR层3、有源区7、上部DBR层9和p型GaAs接触层10。有源区7由未掺杂Al0.6Ga0.4As下间隔层4、量子阱有源层5和未掺杂Al0.6Ga0.4As上间隔层6构成。量子阱有源层5由未掺杂GaAs阱和未掺杂Al0.3Ga0.7As阻挡层构成。
下部DBR层3由多对n型Al0.9Ga0.1As层和n型Al0.15Ga0.85As层构成。每层的厚度为λ/4nr，其中λ是振荡波长，nr是介质的折射率。交替设置具有不同成分比的上述成对层以达到35.5周期的厚度。硅的掺杂剂的载流子浓度为2×1018cm-3。上部DBR层9由p型Al0.9Ga0.1As层和p型Al0.15Ga0.85As层构成。每层的厚度为λ/4nr，其中λ是振荡波长，nr是介质的折射率。交替叠置具有不同成分比的上述成对层以达到23周期的厚度。碳的掺杂剂的载流子浓度为2×1018cm-3。
上部DBR层9的最下层由p型AlAs层8代替p型Al0.9Ga0.1As层形成。AlAs层8的厚度为λ/4hr，其中λ是振荡波长，nr是介质的折射率。AlAs层8上碳的掺杂剂的载流子浓度为2×1018cm-3。具有中等铝成分比的过渡层可设置在下部DBR层3和/或上部DBR层8中的Al0.9Ga0.1As层和Al0.15Ga0.85As层之间，以便减小器件中的串联电阻。P型GaAs接触层10的厚度为20nm，其载流子浓度为1×1020cm-3。
B：形成p侧接触电极
如图2B所示，在在衬底1上外延生长的叠层上对光刻胶进行淀积并进行光刻构图，并淀积用于p侧接触电极11的材料。然后，通过移去工艺(lift-off process)将该材料和光刻胶一起移去，从而可形成p侧接触电极11。P侧接触电极11具有环形形状，并且其内直径限定出射光窗口11a。P侧接触电极11可由如Au、Pt、Ti、Ge、Zn、Ni、In、W和ITO中的至少一种金属材料形成。
C：淀积出射光窗口保护膜
如图2C所示，通过PCVD在包括p侧接触电极11的接触层10上形成出射光窗口保护膜12。例如，可在下列条件下淀积厚度达到250nm的氮氧化硅的出射光窗口保护膜12：
衬底温度：250℃；
源气：甲硅烷25ccm，一氧化二氮200ccm，氮100ccm；
RF功率：200W；
压力26.6Pa。
D：对出射光窗口保护膜进行构图
如图2D所示，淀积光刻胶并进行光刻构图，以便可以除去没被光刻胶覆盖的一部分出射光窗口保护膜12。然后，除去光刻胶，以便可以在接触电极11上形成用于保护出射光窗口的构图保护膜。
E：淀积用于形成台面的掩模
如图2E所示，在下列条件下通过PCVD在包括接触电极11和出射光窗口保护膜12的接触层10上淀积厚度达到820nm的氮化硅膜，作为用于形成台面的掩模16：
衬底温度：300℃；
源气：甲硅烷35ccm，氨气105ccm，氢气175ccm，氮气175ccm；
RF功率：800W；
压力56.5Pa。
F：对用于形成台面的掩模进行构图
如图2F所示，淀积光刻胶并进行光刻构图。然后，除去用于形成台面的掩模16中没有被光刻胶覆盖的部分，以便掩模16可以形成为预定形状。
G：形成台面
如图2G所示，通过采用三氯化硼和氯气的反应离子刻蚀(RIE)，用掩模16作刻蚀掩模对叠层进行刻蚀，直到部分露出下部DBR层3为止。
H：形成选择氧化区
如图2H所示，采用其中引入水汽的湿氧化炉在360℃加热AlAs层8。这就从台面结构的侧表面有选择地部分氧化AlAs层8，并形成氧化区8b。
I：形成层间绝缘膜
如图2I所示，形成层间绝缘膜13，以便覆盖台面结构的顶表面、侧表面和底部。在本实施例中，为了减小层间绝缘膜13中的内应力，在以下条件下通过PCVD淀积厚度达到800nm的氮化硅膜：
  条件   量   单位
  甲硅烷   35   ccm
  氨气   105   ccm
  氢气   175   ccm
  氮气   175   ccm
  RF功率   800   W
  衬底温度   300   ℃
  压力   56.6   Pa
(对于300℃的衬底温度，通过PCVD加热的温度约为400℃)。
如此形成的氮化硅膜13具有3×108达因/cm2的内应力，这与具有3×109达因/cm2的内应力的常规氮化硅膜相比，大约减少了一个数量级。这个效果可以通过在源气中包含氢气和氮气，使得过量氢气和氮气可以混合到氮化硅膜中来实现。
本发明人发现通过改变源气中包含的氢气和氮气的稀释气体的比例，可以将内应力控制到所希望的水平。图3是内应力与氢气和氮气的比例之间的关系图。更具体地说，图表水平轴表示包括氢气和氮气的稀释气体中包含的氢气的比例，其垂直轴表示内应力。在垂直轴中，“0.0E+00”表示内应力为零。当内应力具有正值时其是拉应力，当内应力具有负值时其为压应力。当包含在稀释气体中的氢气的比例为50％时，氮化硅膜具有小到3×108达因/cm2的内应力。随着稀释气体中包含的氢气的比例增加，内应力改变为压应力，并且压应力增加。例如，当氢气的比例达到80％时，出现3×109达因/cm2的压应力。相反，随着氢气比例的减少，内应力增加为拉应力。
J：形成接触区
如图2J所示，淀积光刻胶并进行光刻构图。然后，利用具有刻蚀选择性的SF6+O2源气，通过干刻蚀除去层间绝缘膜13，以便可以露出出射光窗口保护膜12的整个表面，并可除去部分用于形成台面结构的掩模16。这就形成了接触孔13a。之后，除去光刻胶。
K：形成布线电极
如图2K所示，淀积光刻胶并进行光刻构图。接着，淀积用于布线电极的材料，如Ti/Au的金属叠层，然后进行移去处理。这就在给定位置中形成布线电极14。布线电极14具有大于由接触电极11限定的出射光窗口11a的窗口，并经接触孔13a连接到接触电极11。
L：抛光衬底的背面
通过抛光器具对n型GaAs衬底1的背面进行抛光，直到衬底1变为200μm厚为止。
M：形成n侧电极
如图2L所示，在n型GaAs衬底1的背面淀积用于n侧电极15的材料。n侧电极15可以是Au/Ge/Ni/Au的叠层。
第二实施例
下面介绍本发明的第二实施例。根据本实施例的表面发射型半导体激光器不同于第一实施例的地方在于具有不同结构的层间绝缘膜和层间绝缘膜保持在出射光窗口保护膜上。此外，在第一实施例中在用于形成台面的掩模的淀积工艺(图2E的工艺)中使用氮化硅膜作为掩模，而在第二实施例中，淀积用于掩模的氮氧化硅膜。第二实施例的其它结构和工艺与第一实施例的相同。
在根据本发明第二实施例的图2I的步骤中，层间绝缘膜13形成在包括台面和台面底部的区域中。例如，可通过PCVD在下列条件下淀积厚度达到800nm的层间绝缘 膜13：
  条件   量   单位
  甲硅烷   25   ccm
  一氧化二氮   200   ccm
  氮气   100   ccm
  RF功率   200   W
  衬底温度   250   ℃
  压力   26.6   Pa
(对于250℃的衬底温度，通过PCVD加热的温度约为340℃)。
如此形成的氮氧化硅膜13具有3×108达因/cm2的内应力，该内应力为压应力。
形成氮氧化硅膜之后，淀积光刻胶并进行光刻构图。然后，利用CHF3+O2的源气，通过干刻蚀除去作为p型接触电极11的一部分的无机绝缘膜(用于形成台面的掩模16和层间绝缘膜13的氮氧化硅)。这就在出射光窗口保护膜12上的层间绝缘膜13部分地保留的状态下形成接触孔13a。
第三实施例
下面介绍本发明的第三实施例。根据本发明第三实施例的表面发射型半导体激光器不同于第一实施例的地方在于层间绝缘膜的结构。
在根据本发明第三实施例的图2I的步骤中，叠置具有拉应力和压应力的多个氮化硅膜以形成层间绝缘膜。
在下列条件下淀积厚度达到400nm的具有拉应力的氮化硅膜：
  条件   量   单位
  甲硅烷   35   ccm
  氨气   240   ccm
  氢气   0   ccm
  氮气   0   ccm
  RF功率   100   W
  衬底温度   250   ℃
  压力   26.6   Pa
如此形成的氮化硅膜的拉应力达到3×109达因/cm2。
在下列条件下淀积厚度达到400nm的具有压应力的氮化硅膜：
  条件   量   单位
  甲硅烷   35   ccm
  氨气   105   ccm
  氢气   280   ccm
  氮气   70   ccm
  RF功率   800   W
  衬底温度   300   ℃
  压力   73.2   Pa
如此形成的氮化硅膜的压应力为3×109达因/cm2。
通过交替叠置具有拉应力的一个或多个膜和具有压应力的一个或多个膜，可以尽可能大地减小整个绝缘膜的应力，并且可以提高层间绝缘膜的机械强度。通过调整稀释气体中包含的氢气比例，可以改变压应力和拉应力的值。
形成层间绝缘膜之后，淀积光刻胶并进行光刻构图。然后，利用具有刻蚀选择性的SF6+O2源气，通过干刻蚀除去所有出射光窗口保护膜12上和一部分p型接触电极11上的无机层间绝缘膜13(用于形成台面的掩模16和层间绝缘膜13的氮化硅膜)之后，除去光刻胶。
图4示出了表面发射型半导体激光器的可靠性。该图示出了在加速老化测试中表面发射型半导体激光器的时间变化，其中在加速老化测试中在100℃的温度下使9mA的电流流进激光器。图4中的水平轴表示时间，其垂直轴表示台面结构的相对强度。相对强度显示出从台面射出的激光输出功率的相对变化。对于“1(100％)”的相对强度，激光输出没有任何变化。随着相对强度的降低，激光输出降低。在该图中，当层间绝缘膜的内应力为4×109达因/cm2时，绘制了实心圆点图。对于层间绝缘膜的内应力为3×109达因/cm2绘制了空白三角点图。对于层间绝缘膜的内应力为1.5×109达因/cm2绘制了实心方点图。对于层间绝缘膜的内应力为3×108达因/cm2绘制了实心菱形点图。如图4所示，当内应力超过1.5×109达因/cm2(实心圆点和空白三角点图)时，相对强度显著降低，并且表面发射型半导体激光器的可靠性明显劣化。当内应力低于1.5×109达因/cm2时，相对强度不会下降很多，并且表面发射型半导体激光器的可靠性保持不变。
下面介绍层间绝缘膜中应力的测量方法。可以采用牛顿环法测量层间绝缘膜中的应力。使用平面度测试器，并将圆形衬底放在光学平滑的平面上。光垂直投射到该光学平面上。然后，测量到由于衬底表面和光学平面之间的干扰而产生的牛顿环。根据牛顿环可以获得衬底的弯曲度，并且根据弯曲度可获得内应力。
更具体地说，与其上形成表面发射型半导体激光器的衬底分开制备测量用衬底。根据牛顿环测量到测量用衬底的弯曲度(h1)。接着，将用于激光器件的衬底和测量用衬底放在相同环境下。然后，在用于激光器件的衬底的台面结构上形成层间绝缘膜(在图2I的步骤)，同时在相同条件下在测量用衬底上形成层间绝缘膜。之后，对其上已经形成层间绝缘膜的测量用衬底再次进行牛顿环测量，以便测量其弯曲度(h2)。
采用弯曲度(h1)和(h2)以及下列等式获得内应力σ：
σ＝(E·d2·Δh)/(3·(1-υ)·r2·d)
其中：
σ：内应力
E：衬底的杨氏模量
d：衬底的厚度
Δh：通过淀积层间绝缘膜所产生的衬底的弯曲度的变化
υ：泊松比
r：衬底的半径
d：层间绝缘膜的厚度
如上所述，根据本发明的实施例，覆盖表面发射型半导体激光器台面结构的层间绝缘膜具有减小的内应力，因此可以保持台面结构的机械强度和防止其形成凹陷。这就延长了激光器件的使用寿命并提高了其可靠性。
在前面的说明中，已经详细地介绍了本发明的一些优选实施例。应该注意，本发明不限于这些实施例，而是包括各种变化和修改。例如，半导体衬底可以是其它衬底或绝缘衬底。当采用绝缘衬底时，n侧电极与叠置在衬底上的n型下部DBR层的一部分电接触。电流限制层不限于AlAs层，也可以是AlGaAs层。DBR层、接触层和金属布线图形可以由前述材料以外的其它材料构成。台面结构不限于圆柱形，还可以具有矩形形状或椭圆形形状。出射光窗口和接触电极不限于圆形，还可以具有椭圆形、矩形或正方形形状。
根据本发明，至少表面发射型半导体激光器的台面结构的侧表面涂覆具有1.5×109达因/cm2或更小内应力的无机绝缘膜。利用上述结构，可以减少无机绝缘膜中的应变和防止无机绝缘膜的机械强度在短时间内恶化。因此可以具有用于台面结构的劣化、变形或恶化的预防性测量，并在长时间内稳定从台面结构射出的激光。这样，可以大大提高表面发射型半导体激光器的可靠性。
优选地，至少覆盖台面结构侧表面的无机绝缘膜具有多层结构，该多层结构包括具有拉应力的绝缘膜和具有压应力的另一绝缘膜。因此可以减小整个无机绝缘膜的内应力，并因此保持无机绝缘膜的机械强度不变和使台面结构稳定工作。
最后，本发明总结出以下几个观点。
表面发射型半导体激光器包括：衬底；形成在衬底上并包括第一导电类型半导体层的第一反射镜；包括第二导电类型半导体层的第二反射镜；设置在第一反射镜和第二反射镜之间的有源区；设置在第一和第二反射镜之间并包括选择氧化区的电流限制层；和无机绝缘膜，台面结构至少包括第二反射镜和电流限制层，无机绝缘膜至少覆盖台面结构的侧表面并具有等于或小于1.5×109达因/cm2的内应力。
该表面发射型半导体激光器包括：衬底；形成在衬底第一主表面上的分布反馈型的第一半导体叠层，该第一半导体叠层具有第一导电类型；形成在第一半导体叠层上的有源区；形成在有源区上的分布反馈型的第二半导体叠层，第二半导体叠层具有第二导电类型；包括至少一个AlxGa1-xAs(0.9≤x≤1)并置于第一和第二半导体叠层之间的电流控制层，其中所述AlxGa1-xAs具有部分氧化区；和无机绝缘膜，台面结构的范围至少从第二半导体多层的上部到电流控制层，无机绝缘膜至少覆盖台面结构的上表面和侧表面，并具有等于或小于1.5×109达因/cm2的内应力。
利用上述结构，无机绝缘膜具有比常规结构小的内应力。因此，可以减小在无机绝缘膜中产生的应变和防止无机绝缘膜的机械强度在短时间内恶化。因此可以具有用于台面结构的劣化、变形或恶化的预防性测量，并在长时间内稳定从台面结构射出的激光。这样，可以大大提高表面发射型半导体激光器的可靠性。优选地，电流限制或控制层是含铝的半导体层。更优选地，电流限制或控制层的Al成分比x等于或大于0.95，并且可以采用Al0.95Ga0.05As，Al成分比x可以等于1(AlAs层)。
优选地，无机绝缘膜可以由氧化硅、氮化硅和/或氮氧化硅构成，并可以通过等离子体—辅助化学汽相淀积法形成。优选地，氮化硅膜是通过甲硅烷和氨气与氢气和氮气的稀释气体混合形成的膜，稀释气体中氢气的比例约为50％。通过向源气添加氢气和氮气的稀释气体，可以减小内应力，并通过改变氢气和氮气的比例来控制内应力的大小。当无机绝缘膜由氮氧化硅构成时，优选将甲硅烷气体与一氧化二氮和氮的气体混合。
更优选地，无机绝缘膜具有等于或小于3×108达因/cm2的内应力。根据加速老化测试结果已经证实可以延长台面结构的使用寿命。无机绝缘膜中的内应力可以采用牛顿环进行测量。
该表面发射型半导体激光器包括：衬底；包括形成在衬底上的第一导电类型半导体层的第一反射镜；包括第二导电类型半导体层的第二反射镜；设置在第一反射镜和第二反射镜之间的有源区；包括选择氧化区并置于第一和第二反射镜之间的电流限制部分；和无机绝缘膜，台面结构至少包括第二反射镜和电流限制部分，无机绝缘膜至少覆盖台面结构的侧表面并包括具有拉应力的第一绝缘膜和具有压应力的第二绝缘膜的叠层。
该表面发射型半导体激光器包括：衬底；形成在衬底第一主表面上的分布反馈型的第一半导体叠层，该第一半导体叠层具有第一导电类型；形成在第一半导体叠层上的有源区；形成在有源区上的分布反馈型的第二半导体叠层，第二半导体叠层具有第二导电类型；包括至少一个AlxGa1-xAs(0.9≤x≤1)并置于第一和第二半导体叠层之间的电流控制层，其中所述AlxGa1-xAs具有部分氧化区；和无机绝缘膜，台面结构的范围至少从第二半导体多层的上部到电流控制层，无机绝缘膜至少覆盖台面结构的上表面和侧表面，并包括具有拉应力的第一绝缘膜和具有压应力的第二绝缘膜的叠层。
无机绝缘膜包括两个不同类型的层，即，具有拉应力的层和具有压应力的另一层。因此可以减小整个无机绝缘膜的内应力和保持无机绝缘膜的机械强度不变并使其稳定工作。
具有拉应力的层和具有压应力的层交替叠置，以便形成一对。无机绝缘膜可以由氧化硅、氮化硅和/或氮氧化硅构成。优选地，无机绝缘膜通过PCVD形成。
优选地，具有拉应力的第一绝缘层具有比具有压应力的第二绝缘层少的氢含量。通过调整包含在无机氮化硅膜中的氢含量，可以控制内应力的大小。
如果无机绝缘膜含有大量氢，则可以获得压应力。优选地，第二绝缘膜可采用混有氢气和氮气的稀释气体的甲硅烷和氨气的源气形成，其中包含在稀释气体中的氢的比例超过60％。

Claims (21)

1、一种表面发射型半导体激光器，包括：
衬底；
形成在衬底上并包括第一导电类型的半导体层的第一反射镜，且需交替叠置具有不同成分比的半导体层；
包括第二导电类型的半导体层的第二反射镜，也需交替叠置具有不同成分比的半导体层；
设置在第一反射镜和第二反射镜之间的有源区；
设置在第一和第二反射镜之间并包括选择氧化区的电流限制层；和
无机绝缘膜，
台面结构，至少包括第二反射镜和电流限制层，
无机绝缘膜至少覆盖台面结构的侧表面，并且所述的无机绝缘膜包括由氢气和氮气混合而成的氮化硅膜，或由一氧化二氮和氮气混合的氮氧化硅膜，以使所述的无机绝缘膜具有等于或小于1.5×109达因/cm2的内应力。
2、根据权利要求1的表面发射型半导体激光器，其中无机绝缘膜包括氧化硅、氮化硅和/或氮氧化硅。
3、根据权利要求1的表面发射型半导体激光器，其中无机绝缘膜是通过等离子体辅助化学汽相淀积工艺形成的膜。
4、根据权利要求2的表面发射型半导体激光器，其中氮化硅膜是通过甲硅烷和氨气与氢和氮气的稀释气体混合形成的膜，并且稀释气体中氢气的比例为50％。
5、根据权利要求2的表面发射型半导体激光器，其中氮氧化硅是通过甲硅烷与一氧化二氮和氮气的气体混合形成的。
6、根据权利要求1的表面发射型半导体激光器，其中无机绝缘膜的内应力等于或小于3×108达因/cm2。
7、根据权利要求1的表面发射型半导体激光器，其中，所述的电流限制层包括至少一个AlxGa1-xAs层，其中所述AlxGa1-xAs具有部分氧化区，0.9≤x≤1。
8、根据权利要求7的表面发射型半导体激光器，其中无机绝缘膜包括氧化硅、氮化硅和/或氮氧化硅。
9、根据权利要求7的表面发射型半导体激光器，其中无机绝缘膜是通过等离子体辅助化学汽相淀积工艺形成的膜。
10、根据权利要求8的表面发射型半导体激光器，其中氮化硅是通过甲硅烷和氨气与氢和氮气的稀释气体混合形成的，并且稀释气体中氢气的比例为50％。
11、根据权利要求8的表面发射型半导体激光器，其中氮氧化硅是通过甲硅烷与一氧化二氮和氮气的气体混合形成的。
12、根据权利要求7的表面发射型半导体激光器，其中无机绝缘膜的内应力等于或小于3×108达因/cm2。
13、一种制造选择氧化类型的表面发射型半导体激光器的方法，包括以下步骤：
在衬底上形成包括不同导电类型的第一和第二反射镜、电流限制层和有源区的多层，每个具有半导体层的第一和第二反射镜中，需交替叠置具有不同成分比的半导体层；
形成范围至少从第二反射镜到电流限制层的台面结构；
从台面结构的侧表面氧化电流限制层；以及
形成无机绝缘膜，该无机绝缘膜至少覆盖台面结构的侧表面，并且所述的无机绝缘膜包括含有氢气和氮气的源气淀积而成的氮化硅膜，或含有一氧化二氮和氮气的源气淀积而成的氮氧化硅膜，以使所述的无机绝缘膜具有等于或小于1.5×109达因/cm2的内应力。
14、根据权利要求13的方法，其中无机绝缘膜包括氧化硅、氮化硅和/或氮氧化硅。
15、根据权利要求13的方法，其中形成无机绝缘膜的步骤采用等离子体辅助化学汽相淀积。
16、根据权利要求13的方法，其中形成无机绝缘膜的步骤包括采用甲硅烷和氨气与氢气和氮气的稀释气体混合的源气形成氮化硅膜的步骤。
17、根据权利要求16的方法，其中稀释气体中氢气的比例为50％。
18、根据权利要求13的方法，其中无机绝缘膜包括通过采用甲硅烷与一氧化二氮和氮气的气体混合的气体形成的氮氧化硅。
19根据权利要求13的方法，其中无机绝缘膜包括具有拉应力的第一氮化硅和具有压应力的第二氮化硅。
20、根据权利要求19的方法，其中第一氮化硅含有比第二氮化硅低的氢含量。
21、根据权利要求20的方法，其中第二氮化硅是通过甲硅烷和氨气与氢气和氮气的稀释气体混合的源气形成的，并且稀释气体中氢气的比例大于60％。
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