TWI266461B - Surface emitting semiconductor laser - Google Patents

Description

1266461 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 該發明係關於一種表面發光半導體雷射及其製造方法、 以及電子元件之製造方法。 . 【先前技術】 . 近年來，作為光通信用雷射，備受注目的是垂直共振器 型表面發光雷射（Vertical Cavity Surface Emitting Laser: VCSEL)。該表面發光雷射具有由n型反射層與p型反射層 • 夾住活性層上下之構造，至於該等η型反射層以及p型反射 層’通常使用包含半導體多層膜之分佈布拉格反射鏡 (Distributed Bragg Reflector ： DBR) 〇 通常，至於表面發光雷射之構造，可使用稱作柱型凸狀 結構者（例如，專利文獻1)。該柱型凸狀結構之表面發光雷 射之一例示於圖15。如圖15所示，於製造該表面發光雷射 時，於η型GaAs基板101上依次成長11型〇]8尺層1〇2、下部覆 蓋層103、活性層1〇4、上部覆蓋層105、j^A1A_ 1〇6、p • 型DBR層1〇7以及p型GaAs接觸層1〇8後，藉由光微影術以 及乾式钱刻’於基板表面之垂直方向非等向性餘刻下部覆 蓋層103、活性層1〇4、上部覆蓋層105、卩型A1A^ 1〇6、p 型DBR層107以及p型GaAs接觸層1〇8，加工成直徑為30 μπι 左右之圓柱狀平臺形狀。繼而’自外周選擇性地氧化Ρ型 AlAs層106 ’藉此環狀地形成氧化層1〇9，形成用以向活性 層104高效率地注入電流之電流狹窄構造。繼而，於平臺 上部形成環狀ρ側電極110，並於η型GaAs基板101之背面形 101376.doc 1266461 成η側電極111。p側電極110之開口部分成為光線出射窗 口。根據該表面發光雷射，於p側電極110與η侧電極111之 間施加電壓，使電流注入至活性層104，藉此於η型DBR層 102與ρ型DBR層107之間會產生雷射共振，而於基板表面 之垂直方向出射雷射光。根據該表面發光雷射，若電流狹 窄徑（Ρ型AlAs層106之直徑）為15 μπιφ左右，則於其正下方 之活性層104可均一且有效地注入電流，因此可實現有效 之雷射振盪。

[專利文獻1]曰本專利特開2001-210908號公報 然而，於此種表面發光雷射中，振盪之橫模式的控制成 為重要問題。通常，實用化之表面發光雷射之光束遠視野 像（Far Field Pattern: FFP)眾所周知的是易成為具有兩個 以上峰值之多杈式圖案。另一方面，為應用於通信等方 面，而使雷射束與光纖、透鏡結合，考慮到光學設計方 面，仍需要單峰性高斯（Gaussian)分佈形狀之光束（通常所 說之單一橫模式之光束）。 然而’如圖16所示’於上述柱型凸狀結構之表面發光雷 射中’特別是使科性之單—橫模式選擇㈣時，通常^ 用減小P型AlAs層106之電流狹窄徑的方法。即，狹窄炉之 大小與勵振之模式的數量大致成正比，若一定程度減：電 流注入區域’射獲得由狹窄面積激勵之單—模式作為輸 出先。但是，若使用該方法，則狹窄徑必須極小 μ φ 乂下（翏&非專利文獻丨等），因此於晶圓上控制性良好 且均一地製作電流狹窄構造時，容許寬度較窄，表面發光 101376.doc 1266461 :射之製造良率極其惡化。x，與通常之表面發光雷射相 :減小為小一位之面積的P型AlAs層106之區域而流動電 流，因此元件電阻較高（通常為1〇〇 Ω以上），輸出、效率 二★低並且，阻抗不匹配之結果為，原本通信所必需之 同頻驅動難以實現。又，可觀察到單—模式性具有輸出依 存性或高頻驅動時具有劣化趨勢（模式衝突等）等，因此認 為其難以適用於高頻驅動之光傳送中。 [非專利文獻 l]M.Grabherr et al· IEEE. Photon· Tech· Lett v〇l. 9 No. l〇 p.1304 於專利文獻2中提出有一種表面發光半導體雷射裝置， 八於η型GaAs基板上依次成長j^GaA1As光導引層、活性 層以及p型GaAlAs光導引層，於p型GaA1As光導引層上形 成圓形繞射格子，於其上成長11型仏八丨八8電流區塊層，於 型GaAlAs電流區塊層形成窗口，進而於其上成長有p型 GaAlAs光導引層。但是，根據該專利文獻2中，其與藉由 光微影術以及蝕刻形成繞射格子，並藉由氧化而於出射窗 口部製作折射率分佈的該發明係不同之技術。 [專利文獻2]曰本專利特開平、24666〇號公報 [發明所欲解決之問題] * 該發明所欲解決之問題在於提供一種可以如單一橫模式 般單峰性光束實現雷射振盪之表面發光半導體雷射、以及 可容易且高良率地製造此種表面發光半導體雷射的表面發 光半導體雷射之製造方法。 忒發明所欲解決之其他問題在於提供一種可容易地實現 101376.doc !266461 電晶體等電子元件之元件分離的電子元件之製造方法。 【發明内容】 本發月者專為解決上述問題而進行銳意研究。其概要說 明如下。 根據本發明者等進行種種試驗獲得之見解，可獲得以下 結果：關於表面發光雷射之振盪橫模式，不僅電流狹窄 徑，作為發光最表面之平臺上表面之光學狀態詳細的是其 附近之折射率分佈亦具有極大影響力，模式會敏銳地反映 折射率或形狀的微小變化。因此，製作各種狀態之平臺上 面表面$狀研九其與振盈模式之關係，其結果為··發現 不僅平臺上面之半導體表面形狀，其正上方之電極構造亦 會叉到較大影響。進而發現，於該過程中，於圖丨A所示之 半導體-電極形狀中，可以如單一橫模式般單峰性光束穩 定地獲得振盪。於圖丨八中，符號i表示DBR層，2表示接觸 層，3表示絕緣層，4表示電極。可如了考慮該組合。首 先，該構造由接觸層2、絕緣層3以及電極4之3要素構成。 若將該構造進行光學要素分解，則首先之一係通過開窗蝕 刻而環狀殘留之接觸層2、以及通過絕緣層開窗蝕刻而於 平臺上同樣環狀殘留之絕緣層3構成階梯形狀，至於折射 率分佈，則恰好構成圖⑺所示之凹透鏡5之狀態。另一者 係於平臺中心附近形成有例如由包含金（Au)之電極4構成 且小於上述接觸層2之窗口内徑的孔徑構造6，其等價於以 下構4 . ;|以金之複折射率（例如，相對於波長〇·85 之 光線，折射率之實部為0.2，虛部（吸收係數）為5·6)，將圖 101376.doc 1266461 1B所示之凸透鏡7與吸收性開口即孔徑構造6合成的折射率 分佈構造。如此，與上述凹透鏡5構造—同構成複合光學 系。並且，連接於表面發光雷射之共振器配置該等構造之 結果為’該構造可作為共振器構造之一部分而發揮功能。 此時，如圖1B所示，藉由氧化狹窄孔徑構造8而一定程度 ㉟選擇之雷射共振模式中，高階模式之出射角較廣，因I 經過凹透鏡5構造之散射、吸收性開口之吸收、凸透鏡7之 進一步收束過程，取入作為共振器内之共振條件，藉由與 φ K匕狹窄孔徑構造8組合的作用，強制性地選擇大致一個 模式，從而達到以單一横模式實現振盪。 . 本發明者等依據上述考察，反覆研究之結果為··為更進 -—步提高上述效果，藉由於光出射面本身形成如凹透鏡般 斤射率刀佈，可對振蘯光模式本身產生效果，抑制高階 核式，實現單-模式化。並且，發現為於光出射面形成如 凹透鏡般之折射率分佈，較為有效的是一邊光線照射光出 射面，一邊將其曝曬於氧化性環境、特別是水蒸氣環境下 9 進行氧化。 即，例如若為GaAs系VCSEL(波長850 nm)或GalnNAs系 VCSEL(波長13〇〇 nm)等情形下，眾所周知的是於光出射 面使用AlGaAs，但該AlGaAs會吸取空氣等氣體環境中的 氧而進行自然氧化。特別是於八1組成較高之情形下，該氧 化較為顯著，VCSEL之電流狹窄所使用之氧化機構亦相 同又，眾所周知的是通過氣體環境中的水分而易氧化， 或於μ度較高之情形下亦會進行氧化反應。另一方面，眾 101376.doc 1266461 $僅限於表面發光雷射’於半導體裝置發貨 月| ’於⑤溫下設為通電狀態，保持固 特性可實現敎化即所謂的預燒較為有效。其後之 於表面發光雷射中，藉由於高濕環境0㈣預燒，而 可於光出射面以用以實現 .p 見早才果式之較好形態形成氧化 A置“ 時，可調整電流使之 =性之光束形狀。通過實驗可發現，若一邊以該單峰 先束形狀出射輸出光一邊將表 田射曝曬於咼濕環 ^可預想光出射面之A1GaAs易氧化，但此時，藉由 产射之光線促進氧化反應，使光線較強處與更多氧結合， p之深度亦會變深。其可容易地以咖分析加以分析。 /、係介以光線如催化劑般進行的反應，再現性亦良好。該 反應之結果為：於光出射面形成有越靠近中心則折射率越 低之如凹透鏡般的折射率分佈，會成為直接對振盈之光線 的波面造成影響的狀態。決定該氧化之程度或形狀的主要 因素為環境溫度、濕度（水蒸氣）、光出射面之組成⑷組 成）、基板溫度、通電電流、光線強度分佈等。實際進行 預燒實驗的結果為：可確認A1GaAs表面以依據光強:分 之形態進行氧化。 該發明係依據以上研究而提出者。 P為解决上述問題，第一發明為一種表面發光半導體 雷射，其具有 第一反射層、 上述第一反射層上之活性層、以及 101376.doc 1266461 上述活性層上之第二反射層， 自上述第二反射層出射輸出光；其特徵在於： 於上述第二反射層上含有具有特定折射率分佈之氧化 法，該表 第二發明係一種表面發光半導體雷射之製 面：光半導體雷射具有 “方 第一反射層、

上述第一反射層上之活性層、以及 上述活性層上之第二反射層， 该製造方法的特徵在 自上述第二反射層出射輸出光 於： 於:邊Γ射具有特定強度分佈之光線—邊進行氧化，藉此 ;上述第二反射層上形成氧化層。 二 第二發明中，氧化層具有特定折射率分佈， ^特:折射率分料通過氧化層之厚她度）切或植 u、度）之分佈而獲得。該特定之折射率分佈典型的是如 凹透鏡般之折射率分佈。氧 谁耔气儿 ㈣層右精由-邊照射光線-邊 =化而可獲得必f之折射率分佈，則基本上任一種皆 ° -典型的疋A1氧化層。又’該氧化 之化合物半導體#，胜兄丨丨9 *人 、主幻疋包各A1 #七入 層特別疋包含A1之1Μ族化合物半導體 層。包含八丨之出々族化合物半 牛^體

AlGaAs層或A1GaInp層等 …體的是例如 〇 寺別疋於將A1組成設為父時， 0<X<1，較好的是 0·3<Χ<0 9。 ^ 為形成氧化層，典型的是-邊自第二反射層出射具有特 101376.doc -12 - 1266461 疋強度分佈之輸出光一邊進行氧化，但一邊自外部照射具 有特疋強度分佈之光線—邊進行氧化的處理亦可獲得同樣 果X氧化車乂好的是於水蒸氣環境中通過照射具有 疋強度为佈之光線而進行，至於該水蒸氣環境，較好的 使用60 C以上之溫度且6〇%以上之濕度的水蒸氣環境。典 型的是’於第二反射層之最上部形成包含ai之化合物半導 體層’-邊照射具有特定強度分佈之光線一邊氧化該包含 A1之化合物半導體層，藉此形成氧化層。形成氧化層後， 為抑制錢之氧化的進行，實現該狀態之穩定化，較好的 是形成藉由CVD法等成膜之抓膜或藉由塗布法等成膜之 有機膜專保護膜，霜嘗盞/卜爲 ^ir JL· m 復盍乳化層。该氧化層之形成較好的是 於晶圓狀態下進行。 第-反射層以及第二反射層典型的是包含半導體多層膜 (DBR)’ 一方為n型，另一方為p型。又，活性層以及第二 反射層典型的是圓柱形狀，即具有平臺型柱狀構造。進 而，典型的是，第二反射層上含有具有圓形開口之接觸 層，於該接觸層之開口内部之第二反射層上具有上述氧化 層，又，跨越該等接觸層以及第二反射層，具備具有直徑 小於接觸層之開口直徑的圓形開口之電極，該電極之二 内部之第二反射層上具有氧化層’又，於接觸層與該電極 之間具有絕緣層。該等為參照圖1所說明之構造。 第3發明係一種電子元件之製造方法，該電子元件具有 包含A1之化合物半導體層，其特徵在於： 一邊照射具有特定強度分佈之光線一邊進行氧化，藉此 101376.doc -13 - 1266461 於上述包含A1之化合物半導體層上形成氧化層。 此處，藉由於包含A1之化合物半導體層上形成期望深度 之氧化層，可進行元件分離。該包含以之化合物半導體層 典型的是包含A1之III-V族化合物半導體層。電子元件典型 的是電晶體等半導體元件。 於第3發明中，於不違反其性質之範圍内，關於第一以 及第二發明之相關說明亦成立。 於如上所述構成之該發明中，藉由一邊照射具有特定強 度分佈之光線一邊進行氧化，而相應於其強度分佈，將光 線作為催化劑進行氧化之結果為：可於第二反射層上形成 具有特定折射率分佈之氧化層。 [發明之效果] 低？尿琢發明 、 5 <折射率分佈設為如凹透鏡 般之折射率分佈，而可於雷射振盪時抑制高階模式 -模式實現振盈。因此’可獲得可以如單—橫模式 性光束實現雷射振盪之表面發光半導體雷射。χ， 一邊照射祕-邊曝曬於氧化性環境中即可形成 = 以〜心 無而使電流狹窄徑變為極小 :見早-k模式之振盤，因此可容易且 =發光半導體雷射。進而，於電子元件中，4:: 乳化層容易地實現電子元件之元件分離。 了糟由該 【實施方式】 。再 同符 者，於實施形態之全圖中，相同或對:：: 101376.doc -14- 1266461 號。 圖2係表示該發明之一實施形態之表面發光半導體雷射 的剖面圖，圖3係該表面發光半導體雷射之平臺柱狀部的 俯視圖，圖4係該表面發光半導體雷射之光出射部附近的 •放大剖面圖。 . 如圖2〜圖4所示，於該表面發光半導體雷射中，例如於 如η型GaAs基板般之η型半導體基板11上依序積層η型DBR 層12、下部覆蓋層13、作為發光層之活性層14、上部覆蓋 φ 層15、電流狹窄層16、ρ型DBR層17以及ρ型接觸層18。 η型DBR層12包含交替積層有η型A1 As層12a與η型GaAs層 • 12b之半導體多層膜，例如將該等層積層3 5週期之總厚度 為4 μηι左右者。下部覆蓋層13包含例如AUGakAs，例如 x=0.3。活性層14包含例如GaAs。上部覆蓋層15包含例如 AlyGabyAs，例如y=〇.3。電流狹窄層16具有圓形之p型 AlAs層16a之周圍被環狀A1氧化層16b包圍之構造，ρ型 AlAs層16a為流動有電流之部分。？型A1As層16a之直徑為 • 例如12 μηι左右。ρ型AlAs層16a以及A1氧化層16b之厚度為 例如30 nm左右。ρ型1^尺層17包含交替積層 層 17a與 ρ型 AlwGai-wAs層 17b(其中，z>w、0<z、w<l)的半 • 導體多層膜，例如將該等層積層25週期之總厚度為3 μηι左 • 右者，例如z=0·9、w=〇.l。電流狹窄層16為代替該卩型 DBR層17之最下層的p型AlzGai zAs層17a而設置者。p型接 觸層18包含例如厚度為15〇 nm左右、雜質濃度為5χ1〇18 cm-3 的ρ型GaAs。 101376.doc -15- 1266461 η型DBR層12之最上層之η型AlAs層12b、下部覆罢層 13、活性層14、上部覆蓋層15、電流狹窄層16、p型dbr 層17以及ρ型接觸層18作為整體而具有圓柱狀形狀，呈有 柱型凸狀結構。該平臺部之直徑為例如30〜40 μπι左右。p 型接觸層1 8於其中央部具有圓形開口 1 8a，具有環狀形 狀。該開口 18a之直徑為例如20 μηι左右。 以覆蓋上述平臺部以及該平臺部以外之部分的η型dbr 層12表面之方式設有例如如si〇2膜或SiNx膜般之絕緣膜 19。該絕緣膜19之厚度為例如300 nm左右。於該絕緣膜19 上’於與p型接觸層18之開口 18a—致之位置上設有與開口 18a直徑相同之開口 19a，且於該開口 19a之外側設有環狀 開口 19b。並且，介以該開口 19b與p型接觸層18歐姆接觸 地設有p側電極20。該p側電極20例如包含Ti/Pt/Au積層 膜，總厚度為500 nm左右。該p侧電極20於其中央部具有 圓形開口 20a，具有環狀形狀。該p側電極2〇之開口 2〇a的 直徑小於p型接觸層18之開口 i8a的直徑，例如14 ^瓜左 右。 此處’上述包含p型接觸層1 8、絕緣膜19以及p側電極2〇 之構造與參照圖1所說明之構造實質上為相同之構造。 於P側電極20之開口 2〇a内部之p型DBR層17的最上層之p 型AlwGai-wAs層17b形成有圓形形狀之A1氧化層21(參照圖 3)。此處，該最上層之p型AlwGai_wAs層17b例如厚度選定 為60 nm左右，w選定為〇·3$ 〇·9。該A1氧化層21自其 外周部向中心部厚度增加，中心部厚度最大，具有平凸透 101376.doc -16 - 1266461 、兄幵/狀孩A1氧化層21之中心部的厚度為例如1〇㈣左 右。又，該A1氧化層21不僅厚度增加，且Αΐ·〇鍵之密度亦 自=外周部向中心部增加，中心部密度最大。^氧化層Μ 之谂度】、於p型AlwGa“As層17b之密度，因此對應該^氧 化層21之厚度分佈或A1_〇鍵之密度分佈，該^氧化層。之 折射率自其外周部向中心部減小，中心部折射率最小，具 有如凹透鏡般之折射率分佈。於該A1氧化層21上，以覆蓋 該A1氧化層21之方式形成有包含例如SiNx膜或有機膜等之 保護膜22。 另方面，於n型半導體基板11之背面以歐姆接觸之方 式設有η側電極23。該η侧電極23包含例如AuGe/Ni/Au積層 膜。 、曰 繼而，就如上所述構成之表面發光半導體雷射之製造方 法加以說明。 如圖5所不，首先，於n型半導體基板丨丨上，藉由例如有 機金屬化學氣相成長（M0CVD)法，依次成長η型Dbr層 12、下部覆蓋層13、活性層14、上部覆蓋層15、p型 層24、p型DBR層17以及p型接觸層18。 繼而’於P型接觸層18上藉由例如電漿Cvd法形成例如 SiNx膜（未圖示），進而於其上藉由光微影術形成圓形光阻 圖案（未圖示）後，將該光阻圖案作為掩模，使用例如cF4 作為#刻氣體，通過反應性離子蝕刻（RIE)法蝕刻SiNx膜。 如此形成圓形SiNx膜。 繼而’使用如此形成之圓形SiNx膜作為蝕刻掩模，使用 101376.doc 17- 1266461 例如氯系氣體作為蝕刻氣體，通過RIE法，於基板表面之 垂直方向進行非等向性蝕刻直至n型〇；611層12之最上層之n 型AlAs層12b為止。藉此，如圖6所示，可將n型〇]31^層12 之最上層之η型AlAs層12b、下部覆蓋層13、活性層14、上 部覆蓋層15、p型AlAs層24、p型DBR層17以及p型接觸層 18加工為柱型平臺狀。 繼而，將如此形成之平臺部於水蒸氣環境中，於例如 400°C之溫度下加熱約25分鐘，僅選擇性氧化卩型入丨^層24 籲 之外周部為環狀。藉此，如圖7所示，形成由環狀A1氧化 層16b包圍圓形之p型A1 As層16a之電流狹窄層16。 - 繼而’將用作蝕刻掩模之上述SiNx膜藉由例如RIE法蝕 _ 刻去除後，如圖8所示，於平臺部以及該平臺部以外之部 分的η型DBR層12之表面，藉由例如電漿CVD法形成包含 例如Si〇2膜或SiNx膜等之絕緣膜19。繼而，蝕刻去除該絕 緣膜19中平臺柱狀部上之中央部，形成圓形開口 19a後， 將違絶緣膜19設為餘刻掩模’藉由钱刻p型接觸層1 $而形 _ 成開口 18a。此後，蝕刻去除絕緣膜19中該開口 18a外側之 部分為環狀，形成開口 19b。 繼而，如圖9所示，於全面藉由真空蒸鍍法等形成 Ti/Pt/Au積層膜，形成p側電極20後，蝕刻該p側電極2〇， 圖案化為特定形狀，形成開口 20a。 繼而，根據需要，自背面側研磨η型半導體基板丨丨為特 定厚度後，於該η型半導體基板11之背面藉由真空蒸錢法 等形成AuGe/Ni/Au積層膜，形成η側電極23。 101376.doc -18 - 1266461 繼而，如圖10所示，於上述所製造之表面發光半導體雷 射之p側電極20與η側電極23之間注入臨限值電流以上之電 流，藉此進行雷射振盪，此時以可獲得單峰性光束形狀之 方式調整注入電流，自Ρ側電極20之開口 20a出射雷射光。 並且’以此出射單峰性光束形狀之雷射光狀態將表面發光 半導體雷射曝曬於高溫高濕環境中。具體的是，例如將溫 度設為60°C以上、濕度設為60%以上。於是，露出於出射 窗口表面之ρ型AlwGai-wAs層17b被氧化，但該氧化會相應 _ 於雷射光之強度分佈而進行，強度越強處氧化速度越快， 氧化之程度為相應於雷射光之強度分佈的分佈。如此，如 • 圖4所示，形成平凸透鏡形狀之A1氧化膜21，藉此可於該 • A1氧化膜21之部分獲得如凹透鏡般之折射率分佈。光輸出 通常若為數mW，則對進行氧化便已充分。 繼而’於A1氧化膜21上藉由CVD法或塗布法等形成保護 膜22 〇 其後，使上述獲得之雷射晶圓晶片化。 以如上之方式即可製造所要求之表面發光半導體雷射。 圖11A表示根據上述方法，於出射窗口形成有现化膜 21之表面發光半導體雷射之平臺部的掃描型電子顯微鏡 (SEM)照片，圖iiB痛：+访主^々 表該表面發光半導體雷射之出射窗 口附近的SEM照片，圖此表㈣出射窗口部之氧分佈。 1中：A_21之形成係於溫⑽、濕度败高溫 间濕％埏中，對表面發光半導 ㈣小時而進行。又，露出二二射以3 mA之電流通電處

路出於出射窗口表面之_AlwGalwAS 101376.doc -19- 1266461 層17b之w為〇·5。如圖uc所示，越靠近卩側電極2〇之開口 20a的中心越發白，此對應於八丨氧化層以中氧之濃度越靠 近中心越南。 圖12表不根據上述方法，於出射窗口形成有A1氧化膜21 之表面發光半導體雷射於高溫高濕環境中之通電處理，即 進行預燒刖後之FFPH(FFP之Η波）（光輸出為i mW)的測定 、、、《果其中A1氧化膜21之形成係於溫度8 5 °C、濕度8 5 %之 高溫高濕環境中對表面發光半導體雷射以5 mA之電流通電 • 處理5小時而進行。又，露出於出射窗口表面之p型AlwGa^As 層17b之w為〇·5。於圖12中，橫轴表示以出射窗口中心豎 • 立之法線方向為基準（〇。），自該法線方向所測定之角度， • 縱軸表示光線強度。根據圖12可知，預燒後之FFp之半頻 見與預燒前相比，減小約3〇%以上。 如上所述，根據該一實施形態，除採用與參照圖1所說 明之構造相同之構造外，於光出射面（光線出射窗口）形成 A1氧化層21，形成凹透鏡般折射率分佈，藉此於雷射振盪 籲時，可有效抑制高階模式，可穩定地實現單一橫模式之振 盪。該表面發光半導體雷射略小於電流狹窄徑即卩型“As 層16a之直徑即可，因此可於晶圓上控制性良好且均一地 製作電流狹窄構造，實現表面發光半導體雷射之製造良率 的提高，並且可使元件電阻較低，實現輸出、效率的提 高。因此，阻抗匹配較容易，其結果為：通信必需之高頻 驅動亦容易獲得。 、 繼而，就該發明之另一實施形態2HEMT的製造方法加 101376.doc -20- 1266461 以說明。 於該一實施形態中，如圖13 A所示，首先於半絕緣性 GaAs基板51上，藉由例如MOCVD法等依次成長作為電子 行進層之未摻雜GaAs層52以及作為電子供給層之η型 > AlGaAs層53後，於η型AlGaAs層53上形成閘電極54、源電 極55以及汲電極56。於未摻雜GaAs層52與η型AlGaAs層53 a 之異質接合界面附近之未摻雜GaAs層52存在2次元電子氣 體（2DEG)57。 φ 繼而，如圖13B所示，於η型AlGaAs層53之元件分離區 域之部分的表面，一邊自外部照射雷射光58 —邊將該η型 AlGaAs層53之表面曝曬於例如水蒸氣環境之氧化性環境 中，而進行氧化，形成氧化層59。該氧化層59形成為到達 未摻雜GaAs層52之深度，該未摻雜GaAs層52與η型AlGaAs 層53之異質接合界面附近之未摻雜GaAs層52所存在的2次 元電子氣體57由氧化層59完全分離。如此，通過該氧化層 59進行元件分離。 • 根據該第二實施形態，藉由於氧化性環境中選擇性地照 射雷射光而可容易地分離HEMT元件。 以上，就該發明之實施形態加以具體說明，但該發明並 _ 不限定於上述實施形態，可依據該發明之技術思想進行各 種變形。 例如，於上述實施形態中所列舉之數值、材料、構造、 形狀、基板、製程等僅為例示，可根據需要使用不同於該 等之數值、材料、構造、形狀、基板、製程等。 101376.doc -21 - 1266461 例如，上述通過選擇氧化？型八认3層24而形成Ai氧化層 !6b的處理亦可例如藉由如下方法進行。 曰 即，通過選擇氧化p型A〗As層24而形成A1氧化層i6b之處 理通常係藉由蝕刻形成柱型凸狀結構後，將晶圓於水蒸氣 中X 300 500C左右之溫度加熱而進行。然而，該選擇氧 化步驟以後之步驟中，若以與選擇氧化步驟相同程度之溫 度（3〇0〜5〇〇°C)加熱晶圓，則A1組成較高之j^A1As層24之 未氧化W亦會進行氧化。該氧化狹窄形狀、面積會對表面 發光半導體雷射之特性造成較大影響，因此需要抑制該氧 化的進行。為抑制該選擇氧化後之加熱步驟中進行氧化， 將選擇氧化步驟之條件參數規定為反應速率即可。如此， 根據反應速率條件進行上述選擇氧化，藉此可通過Μ氧化 層16b之形成，實現氧化狹窄之晶圓面内均一性的提高。 如下所述，更具體地說明該方法。 &上述選擇氧化步驟中之條件參數存有水蒸氣之供給量與 氧化度（基板溫度）。若使氧化溫度固定，則如圖μ所 不，氧化速度與水蒸氣之供給量成正比地增加，若超過一 j供給量則成為飽和關係。成正比之區域中氧化反應為水 療氣之供給速率，飽和區域中為反應速率。此處，反應速 率係才曰供給必需I以上指水蒸氣至氧化反應，而使氧化速 度依賴於反應速度之狀態。水蒸氣量較少時，氧化速度依 賴於水蒸氣量，因此稱為供給速率。 反應速率與供給速率可作如下說明。如圖14所示，氧化 速度可刀&與水蒸氣供給量成正比增加之區域與飽和區 101376.doc -22- 1266461 域。於某-氧化温度中，氧化層以臨界速度進行氧化反應 所需要之水蒸氣量與實際供給之水蒸氣量相比較，則存在 ⑴(反應所需要之水蒸氣量）>(水蒸氣供給量） ⑺（反應所需要之水蒸氣量）$ (水蒸氣供給量） 兩種狀態。若氧化反應之參數為水蒸氣量與熱量（氧化溫 度），則⑴之情形下，氧化速度之臨界由水蒸氣量控制， ^之h形下則由熱量控制。因此’可將⑴之情形稱為水 蒸氣之供給速率，將（2)之情形稱為反應速率。 具體例為：於基板溫度為450t、載氣⑽流量為u _ 時，水蒸氣供給量自〇.38-§/論變為其3倍、L14 g/min， 氧化速度幾乎未改變。如此，存在即使水蒸氣供給量改變 氧化速度亦不會改變之區域。將該區域稱為反應速率，上 述條件之情形下’至少於水蒸氣供給量為〇38g/min以上 之情形下方可稱為反應速率。 可知：若於上述供給速率區域進行氧化則其後之加執牛 驟中亦會進行氧化，而與此相對，若於反應速率區域=

氧化則幾乎未產生氧化。藉此，根據反應律速條件進行Z 化，可抑制不期望之氧化的進行。通過抑制氧化的進/ 可抑制特性之經時變化。又，於根據反應速率進行之: 反應中’若基板溫度均-，則即使水蒸氣之供給量產= 干變動，反應速度亦不會改變’因此可提高:右 速度之均一性。 鬥氧化 除表面發光半導體雷射以外’包含使用水蒸氣氧化勺人 Α1之層的步驟之裝置亦可獲得同樣效果。 L各 101376.doc -23- 1266461 【圖式簡單說明】 圖1(A、B)係用以說明以單一模式使表面發光半導體雷 射振盪的構造之箭頭圖。 圖2係表示該發明之一實施形態之表面發光半導體雷射 的剖面圖。 圖3係該發明之一實施形態之表面發光半導體雷射之平 臺部的俯視圖。 圖4係放大表示該發明之一實施形態之表面發光半導體 | 雷射之光出射部附近的剖面圖。 圖5係用以說明該發明之一實施形態之表面發光半導體 雷射之製造方法的剖面圖。 圖6係用以說明該發明之一實施形態之表面發光半導體 雷射之製造方法的剖面圖。 圖7係用以說明該發明之一實施形態之表面發光半導體 雷射之製造方法的剖面圖。 圖8係用以5兒明該發明之一實施形態之表面發光半導體 • 雷射之製造方法的剖面圖。 圖9係用以说明該發明之一實施形態之表面發光半導體 雷射之製造方法的剖面圖。 圖10係用以5兒明該發明之—實施形態之表面發光半導體 雷射之製造方法的剖面圖。 圖ll(A-C)係表不該發明之一實施形態之表面發光半導 it雷射之製造方法所製造的表面發光半導體雷射之光出射 部附近的SEM像以及氧分佈之圖式代用照片。 101376.doc -24- 1266461 圖12係表示兮义 ™七月之一實施形態之表面發光半導體雷射 之製造方法所萝袢 、乂的表面發光半導體雷射之FFP測定結果 的圖式代用照片。 y^j ^ Β)係用以說明該發明之另一實施形態之ΗΕΜΤ 的製造方法之剖面圖。 圖14係用以說明電流狹窄層之形成方法的圖表。 圖15係表不先丽之平臺型柱狀構造之表面發光雷射的剖 面圖。

圖16係表示先前之平臺型柱狀構造之表面發光雷射的剖 面圖。 【主要元件符號說明】 11 12 13 14 15 16 17 18 18a 19 19a ， 19b 20 20a η型半導體基板 η型DBR層 下部覆蓋層 活性層 i部覆蓋層 電流狹窄層 P型DBR層 P型接觸層 開口 絕緣膜 開口 P側電極 開口 101376.doc -25- 211266461 22 23 A1氧化層 保護膜 η側電極

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Claims (1)

1266461 十、申請專利範圍： l 一種表面發光半導體雷射，其具有第一反射層、 上述第一反射層上之活性層、以及 上述活性層上之第二反射層，且 其自上述第二反射層出射輸出光，其特徵在於： 於上述第二反射層上具有具特定折射率分佈 层。 心乳化 2·如請求項丨之表面發光半導體雷射，其中上述特定

率分佈係由上述氧化層之厚度以及/或 射 得。 成之刀佈而獲 如請求項丨之表面發光半導體雷射，其中上述特定折射 率分佈為如凹透鏡般之折射率分佈。 如請求項！之表面發光半導體雷射，其中上述氧 A1氧化層。 曰馬 3. 4. 5· ^請求項i之表面發光半導體雷射，其中上述氧化層為 藉由包含A1之化合物半導體層之氧化而形成者。 6·如請求項5之表面發光半導體雷射，其中上述包含♦ 化合物半導體層為包含Α12ΙΠ_ν族化合物半導體層。 7. 如請求項5之表面發光半導體雷射，其中上述包:^之 ιπ-ν族化合物半導體層為A1GaAs層或Amainp層。 8. 如請求項1之表面發光半導體雷射，其中上述第—反射 層以及上述苐一反射層包含半導體多層膜。 9. 如請求項!之表面發光半導體雷射，其中上述活性層以 及上述第二反射層具有圓柱形狀。 101376.doc 1266461 10.如請求項1之表面發光半導體雷射，其中於上述第二反 射層上含有具有圓形開口之接觸層，於該接觸層之上述 開口 之上述第二反射層上具有上述氧化層。 U.如請求項10之表面發光半導體雷射，其中跨越上述接觸 曰乂及上述f一反射層，含有具有直徑小於上述接觸層 之上费開口 I徑的圓|严口的電極，於該電極之上述開 口内部之上述第二反上具有上述氧化層。 12. 如請求項^之表面發光半導體雷射，其中於上述接觸層 與上述電極之間具有絕緣層。 13. 如請求们之表面發光半導體雷射，其中以覆蓋上述氧 化層之方式設有保護膜。 14· -種表面發光半導體雷射之製造方&，該表面發 體雷射具有第一反射層、 心矛一汉射層 上述活性層上之第二反射層，

自上述第二反射層出射輸出該製造方法之特徵在 =:—it照射具有特定強度分佈之光線—邊進行氧二， 藉此於上述第二反射層上形成氧化層。 15·如請求項14之表面發光半導體雷射之製造方法， ^自上述第二反射層出射上述具有特定強度分佈之輸出 光一邊進行上耗化。 师之輸出 16.如請求項14之表面發光半導體雷射之製造方法 — 邊自外部昭射卜冰、目士 # 甲 、、、射上这具有特定強度分佈之光 述氧化。 瓊進仃上 101376.doc 1266461 17. 如請求項14之表面發光半導體雷射之製造方法，其中於 水4氣環境中，一邊照射上述具有特定強度分佈之光線 邊進行上述氧化。 18. 如凊求項14之表面發光半導體雷射之製造方法，其中於 60°C以上之溫度且60%以上之濕度的水蒸氣環境中，一 邊照射上述具有特定強度分佈之光線一邊進行上述氧 化。 19·如請求項14之表面發光半導體雷射之製造方法，其中上 述氧化層具有相應上述特定強度分佈之折射率分佈。 20.如請求項19之表面發光半導體雷射之製造方法，其中上 述折射率分佈係根據上述氧化層之厚度以及/或組成之八 21·如請求項19之表面發光半導體雷射之製造方法，其中上 述折射率分佈為如凹透鏡般之折射率分佈。 22.如請求項14之表面發光半導體雷射之製造方法，其中上 述氧化層為A1氧化層。 八

23·如請求項14之表面發光半導體雷射之製造方法，其 、 上述第二反射層之最上部形成包含八丨之化合物^ 層，一邊照射上述具有特定強度分佈之光線一 人 還氧化包 έ以A1之化合物半導體層，藉此形成上述氧化屑 24·如請求項23之表面發光半導體雷射之製造曰 、 〜々>5：，其中上 述包含Α1之化合物半導體層為包含A〗之族 、 導體層。 &化合物半 25·如請求項24之表面發光半導體雷射之製造方 去’其中上 !〇1376^ 1266461 述包含A1之III-V族化合物半導體層為AlGaAs層或 AlGalnP 層。 26. 如請求項14之表面發光半導體雷射之製造方法，其中於 形成上述氧化層後，以覆蓋上述氧化層之方式形成保護 膜。 27. —種電子元件之製造方法，該電子元件具有包含A1之化 合物半導體層，其特徵在於： 一邊照射具有特定強度分佈之光線一邊進行氧化，藉 此於上述包含A1之化合物半導體層上形成氧化層。

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