CN1574525A - 平面发射型半导体激光器件及其制造方法 - Google Patents

平面发射型半导体激光器件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种平面发射型半导体激光器件，包括：在n型GaAs台面式衬底上的、下反射层、下覆盖层、活性层、上覆盖层、上反射层，以及p型接触层的叠层结构。台面式衬底包括：圆形(100)晶面的上层部分、台面部分以及围绕上层部分的环形(100)晶面的下层部分，其中在上层部分和下层部分之间具有台面部分。当在台面式衬底上生长作为电流限制层的AlAs层时，使得上层部分的上侧上的AlAs层中的杂质浓度比台面部分的上侧上的AlAs层中的杂质浓度高，从而使上层部分的上侧上的AlAs层的氧化过程受到自主抑制。通过AlAs层的氧化反应的时间控制，可以将上层部分的上侧上的圆形AlAs层维持在具有精确形状和精确面积的未氧化状态。

Description

平面发射型半导体激光器件及其制造方法
                          技术领域
本发明涉及一种平面发射型(plane emission type)半导体激光器件以及制造该器件的方法，特别是涉及一种包括电流限制层(current confinement layer)的平面发射型半导体激光器件以及该器件的制造方法，其中所述电流限制层被构造成具有完美的平面内均匀度(in-plane uniformity)。
                          背景技术
平面发射型半导体激光器件是一种半导体激光器件，其包括在衬底上由多重化合物半导体层(compound semiconductor layers)构成的一对反射层(reflector)以及反射层之间设置的活性层(active layer，光发射层)，其在垂直于衬底方向上发射激光束。由于平面发射型半导体激光器件非常有利于安装，因此其被强烈的进行研究和开发。
为了提高注入的电流-光输出效率，为平面发射型半导体激光器件提供电流限制结构(current confinement structure)，其中限制自电极注入的电流的流程(flow path)以便于将电流强行集中注入到活性层的光发射区中。其中，由对氧化高Al含量(high-Al-content)层氧化所形成的氧化铝层构成的氧化限制型(oxidized confinement type)电流限制层受到关注，这是因为该层容易形成。术语“氧化限制型”指使得氧化部分绝缘，即使得该氧化部分阻止电流的流动，从而可形成限制结构。
例如，日本专利公开第200l-284727号提出一种在单横向模式(singletransverse mode)中能够有效地发射具有基本上精确的圆形激光束轮廓的激光束的平面发射型半导体激光器件的结构(图2)。
这里，通过图3，参考日本专利公开第2001-284724号，将描述根据现有技术的、具有常规氧化限制型电流限制结构的平面发射型半导体激光器件的结构。图3是表示根据现有技术的、具有常规氧化限制型电流限制结构的平面发射型半导体激光器件的结构的截面图。
如图3所示，常规的平面发射型半导体激光器件10包括：在n型半导体衬底12上的、由多重n型化合物半导体层构成的下反射层(lower reflector)14的叠层结构(laminate structure)，下覆盖层(lower clad layer)16，活性层(activelayer)18，上覆盖层(upper clad layer)20，由多重p型化合物半导体层构成的上反射层(upper reflector)，以及p型接触层(contact layer)24。
叠层结构中，接触层24、上反射层22、上覆盖层20、活性层18、下覆盖层16以及下反射层14的最上端部分形成了台式柱(mesa post)26。
此外，在p型接触层24上设置p-侧电极28，同时在n型半导体衬底12的背面上设置n-侧电极30，在台式柱26的侧表面上和台式柱26附近的下反射层14上形成绝缘膜32。
在上反射层22的靠近活性层18的层中形成代替构成上反射层22的化合物半导体层的电流限制层34。电流限制层34由位于中心区域的高Al含量(high-Alcontent)层34A和氧化铝层34B构成，该氧化铝层34B形成为沿着台式柱26的外围的环形形状以便围绕高Al含量层34A。
氧化铝层34B是由如AlAs层、高Al含量的AlGaAs层(Al含量＞0.95)等的高Al含量层的选择性氧化形成的AlOx层，并构成具有高电阻的电流限制区(current confinement region)。高Al含量层34A是未氧化的AlAs层或高Al含量的AlGaAs层(Al含量＞0.95)，并构成其电阻比氧化铝层34B更低的电流注入区(current injection region)。
由上述结构，通过电流限制区34B限制从p-侧电极28向n-侧电极30注入的电流，该电流穿过电流注入区34A，局部集中地流入活性层18的光发射区中，以在活性层18中产生载流子(carrier)的反型分布(inverted distribution)，由此可以实现激光振荡。
在制造平面发射型半导体激光器件10时，首先，在n型半导体衬底12上形成下反射层14、下覆盖层16、活性层18、上覆盖层20、包括高Al含量层的上反射层22以及p型接触层的叠层结构，然后蚀刻该叠层结构以形成台式柱26。
随后，将具有台式柱26的叠层结构放入充满水蒸汽的电炉中，加热到大约400以从台式柱26的外围向内氧化高Al含量层，由此形成环形的氧化铝层34B，同时在中心区域遗留未氧化的高Al含量层34A作为电流注入区。
同时，即使没有被氧化，例如AlAs层的高Al含量层本身具有高电阻。因此，在决定平面发射型半导体激光器件的器件电阻时，必须将未氧化的高Al含量层(电流注入区)的区域控制在一预定区域。
因此，为了将电流注入区的区域控制在一预定区域，就必须控制氧化铝层的氧化宽度，即沿着台式柱的外围形成的环形氧化膜的氧化宽度。此外，为了控制自平面发射型半导体激光器件发射的光的横模(transverse mode)，也必须控制氧化铝层的氧化宽度。
如上面所述，在氧化如AlAs层的高Al含量层时，蚀刻化合物半导体层的叠层结构以形成航空型台式柱(air post type mesa post)，并使得高Al含量层的水蒸汽氧化反应从台式柱的侧面向内进行。
但是，按照常规方法，氧化宽度的控制通过控制反应时间来进行，并且因此氧化宽度的重复再现性(repetitive reproducibility)和面内均匀度(in-planeuniformity)不一定令人满意；通常，氧化宽度的重复再现性大约为±1μm，面内分布(in-plane distribution)也大约为±1μm。
对于器件电阻和横模的控制，通常，必须将氧化宽度控制在从几毫米至十几毫米范围内的预定值。但是，由于氧化宽度的重复再现性大约为±1μm，以及面内分布大约为±1μm，很难形成具有精确的氧化宽度的电流限制区、即具有预定区域的电流注入区的电流限制层。
因此根据现有技术，平面发射型半导体激光器件的激光特性将被削弱，以及很难提高产品的生产量。
                          发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种平面发射型半导体激光器件及其制造方法，该平面发射型半导体激光器件包括其构成具有良好的重复再现性和可控性的氧化限制型电流限制层。
本发明人在对实现其构成具有良好的重复再现性和可控性的氧化限制型电流限制层的研究的过程中，注意到AlAs层的水蒸汽氧化反应中的氧化速率和AlAs层的膜厚度之间的关系。
接着，本发明人注意到图4所示的事实：AlAs层的水蒸汽氧化反应中的氧化速率取决于AlAs层的膜厚度并且当AlAs层的膜厚度减小到40nm以下时快速下降。图4示出将AlAs层的膜厚度(nm)作为横坐标轴和将AlAs层的归一化氧化速率作为纵坐标轴时的关系，当AlAs层的膜厚度为70nm时，该AlAs层的归一化氧化速率设为1。该矩形图表明了AlAs层的氧化速率。
接着，如下所述，本发明人发现，AlAs层的膜厚度大约为40nm，从图4可以看出，由于以40nm的膜厚度为分界线，AlAs层的氧化速率快速变化，因此产生了电流限制层的氧化宽度的分散。
通常，为了在水蒸汽氧化时，通过抑制由于氧化铝层的体积膨胀而造成的应力的产生来防止台式剥落(mesa exfoliation)，AlAs层的膜厚度必须不大于40nm。但是，技术上很难形成具有膜厚度的良好的面内均匀度的40nm或以下的较小膜厚度的AlAs层，因此，所得的AlAs层就具有较差的膜厚度的面内均匀度。
因此，取决于AlAs层的膜厚度的AlAs层的氧化速率的面内均匀度也很差。此外，以40nm的膜厚度为边界线，AlAs层的氧化速率快速变化。因此，很难氧化具有良好的氧化宽度的面内均匀度的AlAs层。结果，平面发射型半导体激光器件的器件特性发散，很难提高产品的产量。
同时，不仅高Al含量层的膜厚度，而且高Al含量层中的杂质浓度也大大地影响如AlAs层和AlGaAs层等的高Al含量层的水蒸汽氧化反应的氧化速率。例如，当注入到高Al含量层中的杂质是如Si和Se等的n型掺杂剂时，杂质浓度越高，高Al含量层的氧化速率趋于越低。相反，当注入到高Al含量层中的杂质是如Zn等的p型掺杂剂，杂质浓度越高，高Al含量层的氧化速率趋于越高。
此外，在常规MOCVD工艺的生长条件下，注入到相对于(100)晶面微倾的微倾衬底上的高Al含量层的、如Si和Se等的n型杂质量或如Zn等的p型杂质量与注入到(100)晶面上的高Al含量层的相同杂质的量相比，趋于更小。
另一方面，在台面式衬底(stepped substrate)上外延生长(epitaxially grow)高Al含量层时，在该台面式衬底中，具有作为其上表面的(100)晶面的上层部分设置在比下层部分高的层上，在上层部分和下层部分之间具有台面部分(step portion)，台面部分相对于(100)晶面微倾(minutely incline)，并且因此台面部分上生长的晶体的生长方向相对于(100)晶面微倾。
因此，在台面式衬底上生长高Al含量层时，将杂质注入到高Al含量层中，台面部分上生长的高Al含量层的晶体与在上层部分的平坦的(100)晶面上生长的高Al含量层的晶体相比，具有较低的杂质浓度。
例如，在台面式衬底上生长高Al含量层时，将微量(trace amount)的n型杂质注入到正在生长的高Al含量层中，则
(在上层部分的(100)晶面上生长的高Al含量层中的n型杂质浓度)>(在台面部分上生长的高Al含量层中的n型杂质浓度)。
因此，将高Al含量层进行水蒸汽氧化时，由于在上层部分的(100)晶面上生长的高Al含量层中的n型杂质浓度高于在台面部分的倾斜层上生长的高Al含量层中的n型杂质浓度，则
(在上层部分的(100)晶面上生长的高Al含量层的氧化速率)<(在台面部分上生长的高Al含量层的氧化速率)。
也就是，在台面部分上生长的高Al含量层的氧化速率高于在上层部分的(100)晶面上生长的高Al含量层的氧化速率。
鉴于前述内容，在生长高Al含量层以将上层部分的(100)晶面上的高Al含量层转换成电流注入区并氧化台面部分的高Al含量层以便形成由Al氧化铝层构成的电流限制区时，将n型杂质注入，台面部分上的高Al含量层就氧化得相对较快，并且当氧化达到上层部分的高Al含量层时，氧化速率急速下降。因此，高Al含量层的氧化过程受到自主的抑制，这增加了有关氧化反应的时间控制的余量(margin)。
结果，即使晶片平面中的高Al含量层的膜厚度分布稍差时，进行高Al含量层的氧化的时间控制也变得容易，而且与现有技术相比，可以控制具有非常良好的面内均匀度的氧化铝层的氧化宽度。
接着，本发明人考虑以如下方式控制电流限制层的氧化宽度。
首先，如图5所示，蚀刻具有作为主表面的(100)晶面的GaAs衬底，以形成台面式衬底36，该台面式衬底包括具有与电流限制层的电流限制直径(电流注入区的直径)相同尺寸以及大约几毫米至几亚毫米的一个台面的上层部分36a、环绕上层部分36a的下层部分36c、在所述上层部分和下层部分之间具有台面部分36b。
然后，在台面式衬底36上形成包括高Al含量层的叠层衬底。在生长高Al含量层时，将n型杂质注入到正在生长的高Al含量层中，以在台面部分36b上的高Al含量层和上层部分36a的(100)晶面上的高Al含量层之间产生n型杂质浓度差。
通过以上工序，在台面部分上的高Al含量层和上层部分的高Al含量层之间产生了氧化反应的速率差，借此控制氧化铝层的氧化宽度。
本发明人通过实验确信，当通过光刻与蚀刻形成台面式衬底时，可以增强台面式部分形成过程中的重复再现性，并且氧化铝层的氧化宽度的重复再现性可提高到大约±0.1μm。本发明是基于这一验证而完成的。
依照本发明的一个方面，提供一种包括下反射层、光发射层、具有电流限制层的上反射层的平面发射型半导体激光器件，其中：
在台面式衬底上形成平面发射型半导体激光器件，该台面式衬底包括上层部分、台面部分和低于上层部分的下层部分，所述下层部分围绕上层部分，并且在所述上层部分和下层部分之间具有台面部分，
电流限制层包括，在台面式衬底的上层部分的上侧，包括具有与上层部分的平面视图形状基本相同以及与上层部分的尺寸基本相同的未氧化高Al含量层的电流注入区，
电流限制层包括，作为电流限制区的、通过氧化电流注入区周围的高Al含量层而得到的环形氧化铝层，以及
以1×1017至1×1018cm-3的杂质浓度向高Al含量层掺杂n型杂质。
本发明中，将n型杂质注入到高Al含量层中，该高Al含量层为在形成高Al含量层时的电流限制区形成层，并且通过利用高Al含量层的氧化反应速率取决于n型杂质浓度的事实，自主地控制上层部分的上侧上的高Al含量层的氧化过程。
更具体地，当在形成高Al含量层时将n型杂质注入到高Al含量层中，例如上层部分上的(100)晶面的上侧上的高Al含量层中的n型杂质浓度比台面部分的上侧上的高Al含量层中的n型杂质浓度要高。因此，在高Al含量层的水蒸汽氧化时，上层部分的上侧上的高Al含量层的氧化反应速率就会比台面部分的上侧上的高Al含量层的氧化反应速率要低，因此台面部分的上侧上的高Al含量层氧化得相对较快，当氧化达到上层部分上侧上的高Al含量层时，氧化速率急速下降。结果，上层部分的上侧上的高Al含量层的氧化过程受到自主地抑制，这增加了有关氧化反应的时间控制的余量。
据此，进行上层部分的上侧上的高Al含量层的氧化的时间控制就变得容易。因此，即使晶片平面中的高Al含量层的膜厚度分布稍差，但是与现有技术相比，可以控制具有非常良好的面内均匀度的上层部分的外部上的氧化铝层的氧化宽度。
因此，通过利用例如上层部分上的(100)晶面的上侧上的高Al含量层作为电流注入区，以及利用台面部分的上侧上的氧化铝层作为电流限制区，就可以形成具有可控的电流注入区的电流限制层。
本发明的优选实施例中，台面式衬底的上层部分位于距离下层部分0.1至5μm的高度上，其间具有台面部分。此外，上层部分和下层部分的每一部分具有作为其顶面的(100)晶面。
对于该结构，构成叠层结构的每一层化合物半导体层在台面式衬底的上层部分和下层部分的上侧上生长成平面层，以及在台面式衬底的台面部分的上侧上生长成与该平面层连续的倾斜层。
特别地，在本发明中，台面式衬底是GaAs衬底，高Al含量层是AlxGa(1-x)As层(1≥x＞0.95)。
依照本发明的另一个方面，提供一种包括下反射层、光发射层、具有电流限制层的上反射层的平面发射型半导体激光器件的制造方法，该方法包括步骤：
蚀刻具有主表面为(100)晶面的衬底，以形成台面式衬底，该台面式衬底包括：具有其顶面为(100)晶面的上层部分，上层部分具有与该电流限制层的电流限制区基本相同的形状和尺寸，台面部分，以及具有(100)晶面的环形下层部分，所述下层部分围绕上层部分，在所述上层部分和下层部分之间具有台面式部分，以及
在台面式衬底上顺序地外延生长化合物半导体层，该化合物半导体层分别构成下反射层、光发射层和具有高Al含量层的上反射层，以形成化合物半导体层的叠层结构，其中化合物半导体层在台面式衬底的上层部分和下层部分的上侧上生长成平面层，在台面式衬底的台面部分的上侧上生长成与平面层连续的倾斜层，其中，
在生长高Al含量层时将n型杂质注入到高Al含量层中，以及
该方法还包括步骤：
蚀刻所形成的叠层结构的上反射层、光发射层和下反射层的上部，以形成台式柱，以及
将上反射层的高Al含量层进行水蒸汽氧化，以形成自台式柱的侧表面向内扩展的环形氧化铝层，以及在相应于台面式衬底的上层部分的中心区将高Al含量层维持在未氧化状态。
在形成叠层结构的步骤中，将n型杂质注入到正在生长的高Al含量层时，在上层部分的上侧上生长的平面层的高Al含量层中的n型杂质的杂质浓度比台面部分的上侧上生长的倾斜层的高Al含量层中的n型杂质的杂质浓度要高。
依照本发明的方法，将n型杂质注入到高Al含量层中，该高Al含量层是在形成高Al含量层时的电流限制区形成层，通过利用高Al含量层的氧化反应速率取决于n型杂质浓度的事实，上层部分上侧上的高Al含量层的氧化过程受到自主的控制。
更具体地，在形成高Al含量层时，将n型杂质注入到高Al含量层中，台面部分的上侧上的高Al含量层中的n型杂质浓度比上层部分的上侧上的高Al含量层中的n型杂质浓度低，因此台面部分的上侧上的高Al含量层的氧化反应速率比上层部分的上侧上的高Al含量层的氧化反应速率高。
因此，台面部分的上侧上的高Al含量层氧化得相对较快，当氧化达到上层部分的上侧上的高Al含量层时，氧化速率急速下降。所以，高Al含量层的氧化过程受到自主的抑制，这增加了有关氧化反应的时间控制的余量。
结果，进行上层部分的上侧上的高Al含量层的氧化的时间控制变得容易。因此，即使晶片平面中高Al含量层的膜厚度分布稍差时，与现有技术相比，也可以控制具有非常良好的面内均匀度的上层部分的外部上的氧化铝层的氧化宽度。
因此，通过利用上层部分的(100)晶面的上侧上的高Al含量层作为电流注入区，以及利用台面部分的上侧上的氧化铝层作为电流限制区，可以形成具有可控的电流注入区的电流限制层。
接着，随着由光刻和蚀刻形成台面式衬底，在台面部分的形成过程中的重复再现性得到提高，并因此可将氧化铝层的氧化宽度的重复再现性提高到大约±0.1μm。
                          附图说明
结合附图，通过下列说明和所附权利要求书，本发明的上述的和其他的目的、特征与优点将变得更加清楚，其中：
图1是表示根据本发明的一个实施例的平面发射型半导体激光器件的结构的截面图；
图2A至2C是用于说明由根据本发明的一个实施例的方法制造平面发射型半导体激光器件的各个步骤的衬底的截面图；
图2D至2F是用于说明由根据本发明的一个实施例的方法制造平面发射型半导体激光器件的、在图2C之后的各个步骤的衬底的截面图；
图3是表示根据现有技术的平面发射型半导体激光器件的结构的截面图；
图4是表示AlAs层的膜厚度与AlAs层的氧化速率之间的关系的图；
图5是表示台面式衬底的结构的透视图。
                        具体实施方式
现在，将参照附图，根据其实施例，对本发明进行详细的描述。导电类型、膜的种类、膜厚度、形成膜的方法、尺寸等等都只是为了便于理解本发明的示例，本发明不限于这些示例或由这些示例限制。
平面发射型半导体激光器件的实施例
本实施例是按照本发明的平面发射型半导体激光器件的实施例的例子，图1是表示根据该实施例的平面发射型半导体激光器件的结构的截面图。
该实施例中的平面发射型半导体激光器件40包括：在n型GaAs的台面式衬底42上的下反射层44、具有100nm膜厚度的未掺杂的Al0.5Ga0.5As下覆盖层46、活性层48、具有100nm膜厚度的未掺杂的Al0.5Ga0.5A上覆盖层50、上反射层52以及具有不少于1×1019/cm3的杂质浓度的p型GaAs接触层54的叠层结构。
n型GaAs台面式衬底42包括具有10μm的直径的圆形(100)晶面的上层部分42a、具有1μm的高度的台面部分42b以及环绕上层部分42a的环形(100)晶面的下层部分42c，其中在上层部分42a和下层部分42c之间具有台面部分42b。
因此，如图1所示，在台面式衬底42上外延生长的每一层化合物半导体层包括在上层部分42a和下层部分42c的上侧上生长的平面层，以及在与所述平面层相连续的台面部分42b的上侧上生长的倾斜层。
活性层48包括具有10nm的膜厚度的未掺杂的Al0.3Ga0.7As光导层，由具有7nm的膜厚度的未掺杂的GaAs层与5nm膜厚度的未掺杂Al0.3Ga0.7As层以及10nm膜厚度的未掺杂的Al0.3Ga0.7As光导层构成的三重量子阱结构(triplequantum Well structure)。
下反射层44被形成为由多对n型Al0.2Ga0.8As层与n型Al0.92Ga0.08As层组成的多层膜，其间的中间层具有100的膜厚度以及从0.2提高到0.92的Al含量，每一层具有大约2×1018/cm3的n型杂质浓度。
上反射层52被形成为由多对p型Al0.2Ga0.8As层与p型Al0.92Ga0.08As层组成的多层膜，其间的中间层具有100的膜厚度以及从0.2提高到0.92的Al含量，每一层具有大约2×1018/cm3的p型杂质浓度。
在叠层结构中，p型GaAs接触层24、上反射层52、上覆盖层50、活性层48、下覆盖层46以及下反射层44的最上端部分形成了台式柱56。
此外，在p型接触层54上设置p-侧电极58，同时在n型GaAs台面式衬底42的背面设置n-侧电极60，并且在台式柱56的侧表面和台式柱56周围的下反射层44上形成绝缘膜62。
此外，在上反射层52中的其间具有两对多层结构的上覆盖层50的上侧的位置处设置有电流限制层64，该电流限制层64替代构成上反射层52的AlGaAs层。
电流限制层64包括未氧化的AlAs层64A和环形氧化铝层64B，所述未氧化的AlAs层64A是在AlAs层的水蒸汽氧化时遗留在中心区的，其具有30nm的膜厚度，并且形成以替代构成上反射层52的AlGaAs层，该环形氧化铝层64B是通过AlAs层64的水蒸汽氧化自台式柱56的侧表面向内形成在AlAs层64的外部的。此外，在形成AlAs层时，以杂质浓度1×1018cm-3，将n型杂质例如Si注入到AlAs层中。
未氧化的AlAs层64A是具有与GaAs台面式衬底42的上层部分42a的直径相等的直径的圆形区，并作为电流注入区。另一方面，氧化铝层64B作为具有高电阻的电流限制区。
该实施例中，在GaAs台面式衬底42的上侧上生长作为电流限制层64的AlAs层，并且在AlAs层的生长期间，将作为n型杂质的Si注入到AlAs层中。因此，在台面部分42b的上侧上的AlAs层与上层部分42a上侧上的AlAs层之间产生了n型杂质浓度差，并且上层部分42a的上侧上的AlAs层的杂质浓度比台面部分42b的上侧上的AlAs层的杂质浓度高。
因此，上层部分42a的上侧上的AlAs层的氧化速率比台面部分42b的上侧上的AlAs层的氧化速率低，使得当氧化反应到上层部分42a的上侧上的AlAs层时，氧化反应明显停止，因此，上层部分42a的上侧上的AlAs层的氧化过程受到自主地抑制。因此，进行氧化反应的时间控制就变得较容易。
因此，通过AlAs层的氧化反应的时间控制，就可以将上层部分42a的上侧上的圆形AlAs层维持在具有精确形状和精确面积的未氧化状态。这样可以提高氧化宽度的面内均匀度。
鉴于前面所述，通过利用上层部分42a的上侧上的AlAs层64A作为电流注入区和利用台面部分42b的上侧上的氧化铝层64B作为电流限制区，就能够形成具有可控的电流注入区的电流限制层。
制造平面发射型半导体激光器件的方法的实施例
本实施例是将根据本发明的制造平面发射型半导体激光器件的方法应用于按照本发明的上述实施例的平面发射型半导体激光器件的制造的实施例的例子。图2A至2C、图2D至2F是用于描述通过本实施例的方法制造平面发射型半导体激光器件的各个步骤的衬底的截面图。
在本实施例中，如图2A所示，在具有作为主表面的(100)晶面的n型GaAs衬底66上形成具有10μm的直径的圆形图案的蚀刻掩膜68。
然后，利用蚀刻掩膜68通过干刻蚀法(dry etching method)来蚀刻n型GaAs衬底66，以形成n型GaAs台面式衬底42，如图2B所示，所述n型GaAs台面式衬底42包括：具有10μm直径的圆形(100)晶面的上层部分42a、具有1μm高度的台面部分42b、以及环绕上层部分42a的环形(100)晶面的下层部分42c，其中在上层部分42a和下层部分42c之间具有台面部分42b。
接着，通过MOCVD法，在n型GaAs台面式衬底上顺序地生长下反射层44、具有100nm膜厚度的未掺杂的Al0.5Ga0.5As下覆盖层46、活性层48、具有100nm膜厚度的未掺杂的Al0.5Ga0.5As上覆盖层50、上反射层52、以及具有1×1019/cm3的杂质浓度的p型GaAs接触层54，以形成如图2C所示的叠层结构70。
在本实施例中，在台面式衬底42或其上侧上外延生长化合物半导体层，因此，如图2C所示，每一化合物半导体层生长成在上层部分42a的上侧上和下层部分42c的上侧上的平面层，以及在台面部分42b的上侧上的与所述平面层连续的倾斜层。
在下反射层44的形成中，外延地生长由多对n型Al0.2Ga0.8As层与n型Al0.92Ga0.08As层组成的多层膜，其间的中间层具有100的膜厚度以及从0.2提高到0.92的Al含量。此外，每一层具有大约2×1018/cm3的n型杂质浓度。
在活性层48的形成中，具有10nm膜厚度的未掺杂的Al0.3Ga0.7As光导层、以及由具有7nm的膜厚度的未掺杂GaAs层、5nm膜厚度的未掺杂Al0.3Ga0.7As层和10nm膜厚度的未掺杂的Al0.3Ga0.7As光导层构成的三重量子阱结构顺序地外延生长在下覆盖层46上。
在上反射层52的形成中，外延生长由多对p型Al0.2Ga0.8As层与p型Al0.92Ga0.08As层组成的多层膜，其间的中间层具有100的膜厚度以及从0.2提高到0.92的Al含量。此外，每一层具有大约2×1018/cm3的p型杂质浓度。
在上反射层52的形成中，在其间具有两对多层结构的上覆盖层50的上侧上的位置处外延生长AlAs层72，该AlAs层72替代构成上反射层52的AlGaAs层。在AlAs层72的形成中，以杂质浓度1×1018cm-3，将作为n型杂质的Si注入到AlAs层中。
接着，蚀刻叠层结构70的p型GaAs接触层54、包含AlAs层72的上反射层52、上覆盖层50、活性层48、下覆盖层46以及下反射层44的最上端部分的，以形成如图2D所示的台式柱56。
接着，在400-450℃的氧化温度、0.5g/min水蒸汽流速以及10-20l/min的N2载流子流速的条件下，对形成为台式柱56的叠层结构70进行水蒸汽氧化。
通过这些步骤，如图2E所示，AlAs层72在水蒸汽中自台式柱56的侧表面向内氧化，其中在GaAs台面式衬底42的下层部分42c和台面部分42b的上侧上的AlAs层72构成环型氧化铝层64B，同时上层部分42a的上侧上的AlAs层72构成遗留在中心区的未氧化状态的AlAs层64A。
未氧化的AlAs层64A是具有与GaAs台面式衬底42的上层部分42a的直径相等的直径的圆形区，并作为电流注入区。另一方面，氧化铝层58B作为具有高电阻的电流限制区。
接着，在衬底的整个表面上形成绝缘膜62，然后除去台式柱56上的绝缘膜62以暴露出p型GaAs接触层54，在p型GaAs接触层54上设置p-侧电极58，研磨n型GaAs台面式衬底42的背面以将衬底的厚度调整到预定的值，以及在其上形成n-侧电极60。
在本实施例中，在GaAs台面式衬底42的上侧上生长AlAs层作为电流限制层64的AlAs层，并在AlAs层的生长期间，将Si作为n型杂质注入到AlAs层中。结果，在台面部分42b的上侧上的AlAs层与上层部分42a的上侧上的AlAs层之间产生了n型杂质浓度差，并且上层部分42a的上侧上的AlAs层中的杂质浓度比台面式部分42b的上侧上的AlAs层中的杂质浓度高。
因此，上层部分42a的上侧上的AlAs层的氧化速率比台面部分42b的上侧上的氧化速率低，以致当氧化反应到达上层部分42a的上侧上的AlAs层时，氧化反应明显停止，并且因此上层部分42a的上侧上的AlAs层的氧化过程受到自主抑制。因此，进行氧化反应的时间控制变得容易。
因此，通过AlAs层的氧化反应的时间控制，就能够将上层部分42a的上侧上的圆形AlAs层64A维持在具有精确形状和精确面积的未氧化状态。
鉴于上面所述，通过利用上层部分42a的上侧上的AlAs层64A作为电流注入区和利用台面部分42b的上侧上的氧化铝层64B作为电流限制区，就能够形成具有可控制的电流注入区的电流限制层。
本发明不限于上述的优选实施例的细节。由所附权利要求书限定本发明的范围，因此，落入权利要求范围的所有变化和修改都包含于本发明。

Claims (9)

1、一种平面发射型半导体激光器件，包括：下反射层、光发射层、具有电流限制层的上反射层，其中：
在台面式衬底上形成所述平面发射型半导体激光器件，该台面式衬底包括上层部分、台面部分和低于所述上层部分并且围绕所述上层部分的下层部分，其中在所述上层部分和下层部分之间具有台面部分，
所述电流限制层包括，在所述台面式衬底的所述上层部分的上侧，由具有基本上与所述上层部分的平面视图形状相同的形状以及具有基本上与所述上层部分的尺寸相同的尺寸的未氧化高Al含量层构成的电流注入区，
所述电流限制层包括，作为电流限制区的、通过氧化所述电流注入区周围的高Al含量层得到的环形氧化铝层，以及
所述高Al含量层被掺杂1×1017至1×1018cm-3的杂质浓度的n型杂质。
2、如权利要求1中所述的平面发射型半导体激光器件，其中所述台面式衬底的所述上层部分具有自所述下层部分0.1至5μm的高度，其间具有所述台面部分。
3、如权利要求1中所述的平面发射型半导体激光器件，其中所述上层部分和所述下层部分的每一部分具有作为其顶面的(100)晶面。
4、如权利要求1中所述的平面发射型半导体激光器件，其中构成所述下反射层、所述光发射层和包括所述电流限制层的所述上反射层的每一层化合物半导体层生长成在所述台面式衬底的所述上层部分的上侧上以及在所述台面式衬底的所述下层部分的上侧上的平面层，以及生长成在所述台面式衬底的所述台面部分的上侧上的、与所述平面层连续的倾斜层。
5、如权利要求1中所述的平面发射型半导体激光器件，其中所述台面式衬底的所述上层部分的平面视图的形状基本上是圆形。
6、如权利要求1中所述的平面发射型半导体激光器件，其中所述台面式衬底是GaAs衬底，所述高Al含量层是AlxGa(1-x)As层(其中1≥x＞0.95)。
7、如权利要求1中所述的平面发射型半导体激光器件，其中所述下反射层是n型，所述上反射层是p型。
8、一种制造平面发射型半导体激光器件的方法，该半导体激光器件包括：下反射层、光发射层、具有电流限制层的上反射层，该方法包括步骤：
蚀刻具有作为主表面的(100)晶面的衬底，以形成台面式衬底，该台面式衬底包括：具有作为其顶面的(100)晶面的上层部分、所述上层部分具有与所述电流限制层的电流限制区的形状和尺寸基本相同的形状和尺寸，台面部分，以及具有(100)晶面的下层部分、所述下层部分围绕所述上层部分，其中在所述上层部分和所述下层部分之间具有所述台面部分，以及
在所述台面式衬底上顺序地外延生长化合物半导体层，该化合物半导体层分别构成所述下反射层、所述光发射层和具有高Al含量层的所述上反射层，以形成所述化合物半导体层的叠层结构，其中每一层所述化合物半导体层生长成在所述台面式衬底的所述上层部分的上侧上的平面层以及在所述台面式衬底的所述下层部分的上侧上的平面层，以及在所述台面式衬底的所述台面部分的上侧上的、与所述平面层连续的倾斜层，其中，
在生长所述高Al含量层时，将n型杂质注入到所述高Al含量层中，以及
所述方法还包括步骤：
蚀刻所形成的叠层结构的所述上反射层、所述光发射层和所述下反射层的上部，以形成台式柱，以及
将所述上反射层的所述高Al含量层进行水蒸汽氧化，以形成自所述台式柱的侧表面向内扩展的环形氧化铝层，以及在相应于所述台面式衬底的所述上层部分的中心区将所述高Al含量层维持在未氧化状态。
9、如权利要求8中所述的制造平面发射型半导体激光器件的方法，其中在形成所述叠层结构的所述步骤中，将n型杂质注入到正在生长的所述高Al含量层中时，使得在所述上层部分的上侧上的、生长为所述平面层的所述高Al含量层中的所述n型杂质的杂质浓度比所述台面部分的上侧上的、生长为所述倾斜层的所述高Al含量层中的所述n型杂质的杂质浓度高。
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