專利名稱：光學膜厚測量方法、成膜方法和半導體激光器制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在基片(襯底)上制作多層薄膜時所采用的光學膜厚測量方法、采用該光學膜厚測量方法的薄膜形成方法以及半導體激光器的制造方法。
半導體激光器是利用外延晶體生長方法在基片上制作多層半導體薄膜而形成的。
過去的這種晶體生長方法，通常是在試樣基片上形成規(guī)定的半導體膜層片，將試樣基片從反應管內取出，例如從半導體膜層的斷面上測量膜層厚度或者利用反射光譜來測量膜層厚度，根據(jù)上述半導體膜層厚度預先求出晶體生長速度，再根據(jù)該晶體生長速度和成膜時間來控制膜層厚度。但是，這種方法有以下幾個問題。
第1個問題是，用這種方法必須使晶體生長速度始終保持一致，如果在各批產品之間晶體生長速度不一致，產生波動變化，那么就不能精確地控制膜層厚度。例如，分布反射型多層膜反射鏡(DBR分布式布喇格反射器)，必須通過準確地控制各半導體層的光學膜厚來獲得高反射率。過去的方法是根據(jù)晶體生長速度和生長時間來進行控制的，由于生長速度有波動變化，所以，難于準確地控制光學膜厚，其結果，很難制作出符合設計要求的反射波段波長。
再者，第二個問題是，決定光學膜厚的主要因素是折射率n的值，而半導體膜層的折射率也隨波長而變化，因此，也必須精密地測量在規(guī)定波長下的各層膜的折射率。并且，這種測量是非常困難的。
本發(fā)明的目的在于提供這樣一種光學膜厚測量方法和薄膜成形方法，即可在成膜工藝過程中正確地測量光學膜厚，尤其適用于包含高反射率半導體膜層的多層物體，例如包含反射鏡的半導體激光器的半導體膜層。
本發(fā)明的另一目的在于提供可采用這膜厚測量方法和成膜方法的半導體激光器的制造方法。
本發(fā)明的光學膜厚測量方法是當在基片上形成多層薄膜時，把監(jiān)測光照射到基片上，根據(jù)反射強度的極值來測量光學膜厚，在這樣的光學膜厚測量方法中，形成的多層膜包括第1膜，它在規(guī)定的波長波段內具有98％以上的反射率；第2膜，它是在第1層膜上形成的，并且在上述規(guī)定的波長波段內具有1000cm-1以下的吸收系數(shù)，上述第1膜利用具有規(guī)定波長的第1監(jiān)測光進行測量；上述第2膜利用具有與上述規(guī)定波長波段不同的波長的第2監(jiān)測光進行測量。
再者，適合采用這種光學膜厚測量方法的本發(fā)明的成膜方法是在基片上形成多層膜的成膜方法中，形成的多層膜包括第1膜，它在規(guī)定的波長波段內具有98％以上的反射率和、第2膜，它是在上述第1膜上形成的，而且在上述規(guī)定的波長波段內具有1000cm-1以下的吸收系數(shù)，上述第1膜，把具有規(guī)定波長的第1監(jiān)測光照射到基片上，一邊根據(jù)光的反射強度的極值來監(jiān)測光學膜厚，一邊進行成膜；上述第2膜，把具有與上述規(guī)定波長波段不同的波長的第2監(jiān)測光照射到基片上，一邊根據(jù)光反射強度的極值來監(jiān)測光學膜厚，一邊進行成膜。
在這種光學膜厚測量方法和成膜方法中，第1層膜具有規(guī)定的波長波段(以下稱為“高反射波段”)，其高反射率應為98％以上，希望達到99％以上，最好達到99.5％以上，當在第1層膜上形成具有1000cm-1以下(最好是100cm-1以下)的吸收系數(shù)的第2層膜時，從與上述高反射波段不同的波長中選擇出第2層膜的監(jiān)測光波長。這樣，使第2監(jiān)測光的波長不同于第一膜的高反射波段的波長，從而可以不受第1膜的反射的影響，可以正確地測量吸收系數(shù)小(在上述數(shù)值范圍內)的透明或接近透明的第2膜的光學膜厚，而且可以正確地控制光學膜厚。
再者，上述第2監(jiān)測光，其波長最好短于上述高反射波段的波長。這樣，可以根據(jù)反射強度的極值、即相鄰的極大點和極小點的間隔來求出利用監(jiān)視光可以測量的光學最小厚度。由于該最小光學膜厚相當于監(jiān)視光的波長的1/4，所以，監(jiān)測光的波長越短，可以測量的光學膜厚就越薄，從而可以更正確地進行測量。
并且，監(jiān)測上述第1膜的第1監(jiān)測光，最好采用上述高反射波段范圍內的波長。這是因為，例如像第1膜為多層反射膜那樣，折射率不同的2膜層分別按照相當于規(guī)定波長的光學膜厚交替地進行成膜時，利用上述規(guī)定波長的光作為檢測光，可以更正確地而且直接地控制光學膜厚。
本發(fā)明的半導體激光器的制造方法，適合使用上述光學膜厚測量方法和成膜方法，其中包括利用外延生長方法來形成半導體膜層的工序，具體來說是在由第1導電型化合物半導體構成的基片上形成半導體膜層，該膜層中至少包括第1導電型的分布反射型多層膜鏡、第1導電型的第1金屬包層、活性層(active layer)、第2導電型的第2金屬包層和第2導電型的接觸層。
上述分布反射型多層膜鏡，在成膜時把規(guī)定波長的第1監(jiān)測光照射到基片上，測量其反射強度，利用該反射強度的極值從折射率不同的一種半導體膜層的淀積切換到另一種半導體膜層的淀積，以此來交替地淀積形成低折射率半導體膜層和高折射率半導體膜層，而且，在規(guī)定的波長波段內具有98％以上的反射率。
上述第1包層，在成膜時把第2監(jiān)測光照射到基片上，光的波長不同于上述分布反射型多層膜鏡的上述規(guī)定波長波段，一邊通過監(jiān)測其反射強度的極值來控制光學膜厚，一邊進行成膜。
上述分布反射型多層膜鏡相當于上述光學膜厚測量方法和成膜方法中的第1膜。并且，上述分布反射型多層膜鏡，在成膜時把具有規(guī)定波長的第1監(jiān)測光照射到基片上，檢測出其反射強度，以此來測量在基片上形成的半導體膜層的反射強度的變化，利用該反射率的極值(極大點和極小點)，從折射率不同的一種半導體膜層的淀積切換到另一種半導體膜層的淀積，以此交替地淀積形成低折射率的半導體膜層和高折射率的半導體膜層。
在這種半導體激光器制造方法中，第1監(jiān)測光最好采用這樣的波長，即等于在室溫下的分布反射型多層膜鏡的設計波長(高反射波段的中心波長)λ。更嚴格來說，是波長λo’(以下稱為“校正波長”)，這是在設計波長λ。上增加了成膜時的溫度校正。光學膜厚用折射率和膜厚的積來表示。但是，晶體膜的折射率具有材質固有的溫度依賴性，膜厚具有隨熱膨脹系數(shù)而變化的溫度依賴性，所以，在成膜過程中監(jiān)測光學膜厚時，必須考慮成膜溫度和材質，進行波長校正。并且，第1監(jiān)測光可采用波長λo(相當于分布反射型多層膜鏡的設計波長)，最好采用校正波長λo’，利用這監(jiān)測光來進行監(jiān)測，可以使反射強度的極大點和極小點的間隔與設計波長的1/4波數(shù)相一致，可以更正確地而且直接地控制分布反射型多層膜鏡的各層光學膜厚。
上述反射率的變化不受晶體生長速度和生長時間的影響，僅隨各層的光學膜厚而變化。所以，利用反射率的極值來調整變更淀積膜層的組成，交替地外延生長折射率不同的膜層，這樣即可使各膜層厚度達到近似理論值。并且，選擇具有規(guī)定振蕩波長的半導體激光器作為測量反射強度所用的監(jiān)測光的光源，即可嚴密地設定出規(guī)定波長。并且，可以在晶體生長過程中測量分布反射型多層膜鏡本身的反射強度，因此，可以在膜層形成過程中變更鏡的成對數(shù)，實現(xiàn)最佳結構。
上述分布反射型多層膜鏡，在高反射波段內具有98％以上的反射率，希望達到99％以上，若能達到99.5％以上，則更好。
上述第1包層，一邊利用第2監(jiān)測光來測量光學膜厚，一邊進行成膜，監(jiān)測光的波長應不同于上述分布反射型多層膜鏡中的高反射波段，最好小于該高反射波段。上述第1包層具有1000cm-1以下的吸收系數(shù)，希望達到100cm-1以下，最好達到10～100cm-1。第1包層具有勢壘的功能，用于阻擋載波子(電子和空穴)注入活性層，同時構成激光諧振器的光波導的一部分。所以，第1包層的光吸收即光損耗的存在會造成閾值電流上升、激光輸出效率下降或器件內發(fā)熱等特性惡化，因此希望盡量減小第1包層的吸收系數(shù)。
在本發(fā)明的半導體激光器制造方法中，把第1包層的監(jiān)測光的波長設定為與分布反射型多層膜鏡高反射波段不同的波長，其理由如下。也就是說，上述分布反射型多層膜鏡，在設計振蕩波長內，通常在設計振蕩波長±30μm范圍內具有接近于100％的反射率，而且，上述第1包層采用對設計振蕩波垂及其附近的波長來說光吸收較小的材料，所以，在形成第1包層時，利用與第1監(jiān)測光相同波長的監(jiān)測光，這樣，分布反射型多層膜鏡的反射強度能充分反映，對應于第1包層光學膜厚的反射強度，變化非常小，很難判斷反射率的極大點和極小點。因此，在本發(fā)明中，利用波長與分布反射型多層膜鏡的高反射波段不同的第2監(jiān)測光作為第1包層的監(jiān)測光，這樣，可以明確地判斷出反射強度的極值，其結果，可以正確地監(jiān)測第1包層的光學膜厚。
再者，上述第2監(jiān)測光最好利用波長比上述高反射波段短的光。利用這種光，如上所述，可以減小能夠控制的最小光學膜厚，可以進行更精密的測量。
另外，在本發(fā)明的半導體激光器制造方法中，繼上述第1包層監(jiān)測之后再進行上述活性層、第2包層和接觸層的形成時，最好利用上述第1監(jiān)測光一邊監(jiān)測光學膜厚，一邊進行成膜。
利用本發(fā)明的制造方法而形成的半導體激光器，其各膜層，特別是分布反射型多層膜鏡和第1包層的光學膜厚可以嚴格控制，可以提供閾值電流、外部微分量子效率等特性良好的半導體激光器。
本發(fā)明半導體激光器制造方法可以適用于包含分布反射型多層膜鏡和第1包層的半導體激光器的制作，不僅限于列舉的埋入法，電流狹窄法、活性層結構、上部反射膜結構等，還可以得到各種形式。
另外，本發(fā)明的光學膜厚測量方法和成膜方法不僅適用于半導體激光器的制造方法，而且也可以適用于光電二極管、光電晶體管和光閥等器件的制造方法。
附圖的簡單說明

圖1是用模型方式來表示采用本發(fā)明的制造方法的面發(fā)光型半導體激光器的斷面的斜視圖。
圖2表示圖1所示的面發(fā)光型半導體激光器的包層殘留膜厚t與外部微分量子效率(傾斜效率)值的關系圖。
圖3A～圖3C是利用模型方式來表示圖1所示的面發(fā)光型半導體激光器的制造工藝的斷面圖。
圖4D～圖4F是利用模型方式來表示繼圖3所示工藝之后進行的圖1所示面發(fā)光型半導體激光器制造工藝的斷面圖。
圖5是利用模型來表示在形成圖1所示面發(fā)光型半導體激光器的半導體層時所用的MOVPE(有機金屬汽相外延)裝置的圖。
圖6A～圖6C是表示圖5所示MOVPE裝置的光源結構例的圖。
圖7A和7B是表示圖5所示MOVPE裝置的受光系統(tǒng)結構例的圖。
圖8是表示圖1所示面發(fā)光型半導體激光器的DBR(分布式布喇格反射器)鏡的反射率和波長的關系的圖。
圖9是表示利用第1監(jiān)測光制成的DBR鏡、第1包包層和活性層的成膜工序中的成膜時間與反射率的關系的圖。
圖10是表示利用第2監(jiān)測光制成的第1包層和活性層的成膜工序中的成膜時間與反射率的關系的圖。
圖11是利用模型來表示圖9所示DBR鏡的成膜工序的前段中的成膜時間與反射率的關系的圖。
圖12是表示利用第2監(jiān)測光的第1包層的成膜時間與反射率的關系的圖。
圖13是利用模型方式來表示在圖1所示的面發(fā)光型半導體激光器制造工藝中所用的RIBE(反應離子束腐蝕)裝置的圖。
圖14A～圖14C是表示RIBE工藝中的反射光譜變化的圖。
圖15是利用模型方式來表示圖1所示面發(fā)光半導體激光器腐蝕工藝中所用的RIBE裝置的圖。
圖16是表示利用圖15所示裝置來進行RIBE時的SiO2的光學膜厚和反射率的關系的圖。
發(fā)明的適當實施例的說明圖1是利用模型方式來表示采用本發(fā)明的光學膜厚測量方法和成膜方法而形成的面發(fā)光型半導體激光器一例的斷面的斜視圖。
(半導體激光器的結構)圖1所示的半導體激光器100，其結構是在n型GaAs基片102上交替地淀積n型Al0.8Ga0.2As層和n型Al0.15Ga0.85As層，依次形成對波長800nm(毫微米)左右的光具有99.5％以上的反射率的分布反射型多層膜鏡(以下稱為“DBR鏡”)103、由n型Al0.7Ga0.3As層構成的第1包層104、由n-型GaAs阱層和n-型Al0.3Ga0.7As勢壘層構成的量子阱活性層105、由P型Al0.7Ga0.3As層構成的第2包層106和由P+型Al0.15Ga0.85As層構成的接觸層109。
并且，從半導體的疊層體的上面來看，例如像形成圓形的柱狀部114(以下將該部分稱為“諧振器部”)那樣，腐蝕到第2包層106的中途。在柱狀部114的周周，填埋第1絕緣層107和第2絕緣層108，第1絕緣層107是由例如用熱CVD(化學汽相淀積)法形成的SiO2等氧化硅膜(SiOx膜)構成的；第2絕緣層108是由例如聚酰亞胺等耐熱性樹脂構成的。第1絕緣層107是沿著第2包層106和接觸層109的表面連續(xù)形成的；第2絕緣層108是以填埋第1絕緣層107的周圍空隙的狀態(tài)而形成的。
再者，例如由Cr和Au～Zn合金構成的接觸金屬層(上側電極)112，與接觸層109呈圓環(huán)狀接觸，形成為電流注入用的電極。該接觸層109未被上側電極112覆蓋的部分呈圓形露出。而且，在其上面交替地淀積SiO2等SiOx層和Ta2O5層，淀積面積要保證充分覆蓋上述接觸層109的露出面(以下將該部分稱為“開口部113”)，形成對波長800nm左右的光具有98.5～99.5％的反射率的電介質多層膜鏡111。
另外，在n型GaAs基片102的下面，例如形成由Ni和Au～Ge合金形成的電極用金屬層(下側電極)101。
并且，在上側電極112和下側電極101之間加上正向電壓(在本實施例的情況下，從上側電極112向下側電極101的方向加電壓)，進行電流注入。被注入的電流在量子阱活性層105中變換成光，該光在由DBR鏡103和電介質多層膜鏡111構成的反射鏡之間往復運動而被放大，激光從開口部113(接觸層109的露出面)放射到箭頭110所示的方向，即垂直于基片102的方向上。
本實施例的半導體激光器最好具有以下結構特征(A)DBR鏡的結構DBR鏡103對設計振蕩波長必須具有足夠高的反射率。對構成DBR鏡的半導體層(Al0.8Ga0.2As/Al0.15Ga0.85As)的光學膜厚進行正確的控制，可以獲得DBR鏡的反射率峰值，增多DBR鏡的對數(shù)，可以提高反射率的峰值。但是，通常在晶片面內晶體層的光學膜厚并不是完全均勻一致的，所以，DBR鏡的反射率光譜在晶片面內具有一定的分布范圍。因此，DBR鏡的反射率在相對于設計振蕩波長±30nm的變化范圍內，為98％以上，較好的為99％以上，更好的為99.5％以上。若不能滿足這種反射率的條件，則在晶片面內可能出現(xiàn)不能進行激光振蕩的區(qū)域。在本實施例中，淀積25～50對、最好是40對的半導體層作為DBR鏡，即使在晶體面內出現(xiàn)±2.5％的光學膜厚分布誤差，也能按照設計振蕩波長進行激光振蕩。
(B)包層的結構第1包層104和第2包層106，其光學膜厚必須嚴格控制。也就是說，在激光振蕩時，必須使諧振器內產生的駐波的電場強度分布的極大處與活性層位置相一致。通過使二者相一致，作為激光振蕩源的活性層內的載流子就可以高效率地受激發(fā)射和復合。該活性層內的載流子的受激發(fā)射和復合的效率，與活性層內的駐波的電場強度的積分成正比。該駐波的電場強度在層疊方向(厚度方面)上的分布變化很大，可用sin的二次方的曲線來表示。因此，當活性層很薄時，例如活性層的光學膜厚小于振蕩波長的1個波長時，即使活性層的位置稍有一點變化，也會嚴重影響振蕩閾值和效率等。所以，為了精密控制活性層的位置，對包層、特別是第1包層的光學膜進行控制是非常重要的。
(C)量子阱活性層的結構量子阱活性層105由n-型GaAs阱層和n-型Al0.3Ga0.7As墊壘層構成。在本實施例的情況下采用多重量子阱結構(MQW)的活性層。阱層的光學膜厚為4～12nm，最好為4.5nm；勢壘層的光學膜厚為4～10nm，最好為4nm，阱層的總數(shù)為1～40層，最好為21層。這樣，可以降低面發(fā)光型半導體激光器的閾值，提高輸出功率，提高溫度特性，提高振蕩波長的重復性。
(D)埋入絕緣層的結構埋入絕緣層如上所述，由第1絕緣層107和第2絕緣層108構成，第1絕緣層107是利用熱CVD方法形成的很薄的致密的硅氧化膜；第2絕緣層108填埋在第1絕緣層107的上面，目的在于使器件表面平坦。在這種結構中，形成很薄的第1絕緣層107，其目的在于阻止雜質因受熱等而擴散到第2包層106和量子阱活性層105中，因為在第1絕緣層之后形成的第2絕緣層108中容易含有雜質(例如鈉、氯、重金屬和水等)。所以，只要第1絕緣層107具有能阻止雜質的膜質和膜厚(例如50～200nm)即可。在本實施例中，第1絕緣層107，由于是利用500～600℃的高溫熱CVD方式形成的，所以，考慮到熱量對器件的不良影響，未采用第1絕緣層107作得很厚的單層結構，而采用了雙層結構，即第1層是很薄的絕緣層107，第2層是膜層雖然不致密，但可在較低溫度下形成的第2絕緣層108。
第2絕緣層108，除了可采用上述聚酰亞胺等耐熱性樹脂外，也可采用借助等離子體CVD、TEOS等有機原料CVD等方法可在較低溫度下(400℃以下)形成的材料，例如，SiO2等硅氧化物(SiOx膜)、Si3N4等硅氮化物(SiNx)、SiC等硅碳化物(SiCx)、SOG(自旋玻璃法形成的SiO2等SiOx)等絕緣性硅化合物、或者多晶的II～VI族化合物半導體(例如ZnSe)等。在這些絕緣物中，最好采用可以在低溫下形成的SiO2等硅氧化物、聚酰亞胺或SOG，另外，從形成方法簡單和容易制作平坦表面考慮，最好采用SOG。
構成第1絕緣層的硅氧化膜(SiOx膜)的形成方法有CVD法，反應性蒸發(fā)淀積法等數(shù)種方法。但最佳的成膜方法是利用SiH4(甲硅烷)氣體和O2(氧)氣，以N2(氮)氣為載流氣體的常壓熱CVD法。其理由是，由于在大氣壓下進行反應，并且在O2過剩的條件下進行成膜，所以，SiOx膜中的缺氧現(xiàn)象很少，膜層致密，分段涂敷性良好，諧振器部114的側面積臺階部也可獲得與平坦部基本相同的光學膜厚。
并且，在本實施例中，形成了埋入絕緣層未抵達量子阱活性層105的狀態(tài)，即在諧振器部114以外的區(qū)域內，在第1絕緣層107和量子阱活性層105之間，僅按規(guī)定的厚度(t)留下第2包層106。這個留下的膜厚(殘留膜厚)t可以設定為0～0.58μm，最好設定為0～0.35μm。這樣，在面發(fā)光型半導體激光器內，可以消除埋入絕緣層部分的界面復合電流，可以提高效率和可靠性。
關于該包層的殘留厚度t的適當數(shù)值范圍，進一步根據(jù)圖2來說明。在圖2中，縱坐標是表示外部微分量子效率的傾斜值(傾斜效率)、橫坐標表示包層的殘留厚度t。傾斜效率為0.1(即10％)，是指即使10mA的電流也只能獲得1mW的光輸出功率。一般來說，10mA的電流值是接近激光器件熱飽和電流值的電流值，幾乎是接近于極限。所以，實用上要求的傾斜值為0.1以上，從圖2中可以看出傾斜效率為0.1時的殘留膜厚t約為0.58μm，因此，合適的殘留膜厚t為0～0.58μm。
(E)電介質多層膜鏡的結構電介質多層膜鏡111，是交替地淀積SiO2等SiOx層和Ta2O5層，其構成部分是對設計振蕩波長的光具有98.5～99.5％的反射率的6～9對、最好是7對的電介質多層膜。若反射率低于98.5％，則振蕩閾值電流將大幅度增加。反之，若反射率大于99.5％，則難于向外部取出光輸出，使外部微分量子效率降低。所以要適當決定電介質多層膜鏡111的對數(shù)后再進行成膜，以便使反射率達到上述要求。另外，電介質材料要選用特性符合要求的材料，即對激光振蕩波長要具有較小的光吸收損耗。這對降低閾值和提高外部微分量子效率來說是很重要的。構成該電介質多層膜鏡111的Ta2O5，也可由ZrOx膜、ZrTiOx膜、TiOx膜來取代。這樣，可以降低面發(fā)光型半導體激光器的閾值，提高外部微分量子效率。
(半導體激光器的制造方法)下面說明圖1所示的面發(fā)光型半導體激光器100的制造工藝示例。圖3A～圖3C和圖4D～圖4F是用模型方式來表示面發(fā)光型半導體激光器的制造工序。
(A)在n型GaAs基片102上交替地淀積n型Al0.15Ga0.85As層和n型Al0.8Ga0.2As層，形成對波長800nm左右的光具有99.5％以上的反射率的40對DBR鏡103作為下部鏡。并且，在形成n型Al0.7Ga0.3As層(第1包層)104之后，交替地淀積n-型GaAs阱層和n-型Al0.3Ga0.7As勢壘層，形成量子阱結構(MQW)的活性層105。然后，依次淀積P型Al0.7Ga0.3As層(第2包層)106和P型Al0.15Ga0.85As層(接觸層)109(參見圖3A)。
上述各層均采用有機金屬汽相生長(MOVPEMetal～OrganicVapor Phase Epitaxy)法進行外延生長。這時，生長溫度為750℃，生長壓力為2×104Pa，III族原料采用TMGa(三甲基鎵)、TMAl(三甲基鋁)有機金屬，V族原料采用AsH3，n型摻雜劑采用H2Se，P型摻雜劑采用DEZn(二乙基鋅)。
在該外延生長工序中，如后面所述，利用作為本發(fā)明特征的光學膜厚測量方法和成膜方法，一邊正確地控制各層的光學膜厚，一邊進行成膜。
在各層形成之后，利用常壓熱CVD法在外延層上形成由25nm左右的SiO2層構成的絕緣保護層I。該保護層I對重疊的半導體層進行覆蓋，以此來防止工藝過程中的表面污染。
(B)然后，利用反應性離子束腐蝕(RIBE)法進行腐蝕，一直腐蝕到第2包層106的中間為止，留下由光致抗蝕劑圖形R1覆蓋的柱狀諧振器部114。利用該腐蝕工藝，使構成諧振器部114的柱狀部的斷面形狀與其上面的光致抗蝕劑圖形R1的輪廓形狀相同(參見圖3B)。并且，由于采用RIBE法，所以，上述柱狀部的側面基本上是垂直的，而且，幾乎不損傷外延層。RIBE的條件是壓力60mPa、輸入微波功率150W、取出電壓350V，腐蝕氣體采用氯和氬的混合氣體。
在利用該RIBE法來形成柱狀部時，在腐蝕過程中，上述基片102的溫度設定為0～40℃，若設定在10～20℃則更好。這樣把基片保持在較低的溫度下進行外延生長而形成的半導體疊層，其側面腐蝕可以控制。但是，若基片溫度為0～10℃，則更便于控制側面腐蝕，不過，腐蝕速度太慢，不符合實際需要。另外，若基片溫度超過40℃，則腐蝕速度太快，所以不僅腐蝕面粗糙，而且難于控制腐蝕速度。因此也不合適。
(C)然后，除掉光致抗蝕劑圖形R1，利用常壓熱CVD法在表面上形成100nm左右的SiO2層(第1絕緣膜)107。這時的工藝條件是基片溫度450℃，原料采用SiH4(甲硅烷)和氧，載流氣體采用氮。另外，在其上面利用自旋涂敷法來涂敷SOG(Spin on Glass在玻璃上自旋)膜108L。之后，例如在氮氣中80℃下烘干1分鐘，在150℃下烘干2分鐘，再在300℃下烘干30分鐘(參見圖3C)。
(D)然后，對SOG膜108L、SiO2膜107和保護膜I進行腐蝕(平坦化處理)，使其均與露出的接觸層109的表面在同一平面上(參見圖4D)。腐蝕時采用平行平板電極的反應性離子腐蝕(RIE)法，反應氣體應組合使用SF6、CHF3和Ar。
(E)然后，利用眾所周知的剝離法來形成與接觸層109呈環(huán)狀接觸的上側電極112(參見圖4E)。
(F)接觸層109通過上側電極112的圓形開口而露出在外。利用眾所周知的剝離法來形成電介質多層膜鏡(上部鏡)111，把上述露出面完全覆蓋起來(參見圖4F)。上部鏡111，其形成方法是利用電子束蒸發(fā)法交替地淀積7對SiO2層和Ta2O5層，對波長800nm左右的光具有98.5～99.5％的反射率。這時的蒸發(fā)速度，例如SiO2為0.5nm/分，Ta2O5層為0.2nm/分。而且，在形成上部鏡111時，也可采用上述分離法以外的RIE法進行腐蝕。
然后，在基片102的下面，形成由Ni和AuGe合金構成的下側電極101，制成面發(fā)光型半導體激光器。
具有上述低閾值電流的、外部微分子量子效率高的面發(fā)光型半導體激光器，其制造方法的要點，現(xiàn)詳細說明如下。如上所述，由于利用晶體生長方法來形成DBR鏡層、包層和多重量子阱結構的活性層等，所以，晶體生長技術在本發(fā)明的面發(fā)光型半導體激光器的制造方法中是最重要的。晶體生長技術必須具備以下主要條件(1)異質結界面處的原子層階應當陡峭。
(2)在整個大面積內膜厚應當均勻一致。
(3)膜厚、成分和摻雜效率的重復性應當良好。
尤其是第(1)條的界面陡峭性，對于提高面發(fā)光型半導體激光器特性來說是很重要的。在化合物半導體的晶體生長技術中，能確保界面陡峭性的方法有分子束外延法(MBE法)、有機金屬汽相外延法(MOVPE法)。液相外延法(LPE法)可用于生長高純度晶體，但由于是從液相向固相的生長方法，所以很難制作出陡峭的異質結界面，不適合用于制作面發(fā)光型半導體激光器。與此相反，MBE法和MOVPE法，由于是分子束生長方法或從汽相到固相的生長方法，所以，從原理上講，可以制作出原子層階的陡峭界面。
但是，MBE法是從分子束中生長晶體的，不能提高生長速度，只能達到0.01～0.1nm/秒的較低生長速度，所以，不適合用于生長像面發(fā)光型激光器那樣需要數(shù)μm左右的外延層的晶體。并且，MBE法，其制造設備的結構很難保證在大面積上生長均勻一致的高質量晶體，并且，受原料充填量的限制，連續(xù)生長晶體的次數(shù)也有限制。因此，晶體生長能力有限，難于大批生產基片。
與此相反，在本實施例中采用的MOVPE法，可以制作出陡峭度與上述MBE法相同的原子層階的異質結界面，并且，由于是汽相生長，所以，通過調整原料的供給量，即可達到0.01～數(shù)nm/秒的生長速度。
再者，關于第(2)項的膜厚均勻性，現(xiàn)已證明，選用生長設備的最佳反應管形狀，即可在直徑3英寸的圓形基片的約75％的面積上，使膜厚分布誤差達到±2％以內。
第(3)項的重復性問題，MBE法和MOVPE法，由于從原理上講都容易控制膜層的生長，所以，膜厚，成分和摻雜效率的重復性良好，制作本實施例的面發(fā)光型半導體激光器時的晶體生長方法，最好采用MOVPE法。
關于第(3)項條件，若采用MOVPE法，再加上下述的采用本發(fā)明的光學膜厚測量方法的制造方法，則可制作出重復性更好而且更容易控制的外延層。
圖5是利用模型方式來表示成膜設備的一例，其中采用MOVPE法，而且在生長晶體時可隨時測量由外延層決定的光反射強度。該成膜設備是在采用臥式水冷反應管的MOVPE裝置中，去掉了生長基片上部的水冷管部分，設置了一個光學窗口，光線可從反應管外部通過該光學窗口射入到生長基片上。
具體來說，在反應管10的周圍設備冷卻部12，向反應管10內供應的原料氣體，其成分由多閥控制器24進行控制，冷卻水通入冷卻部12的內部，對反應管10進行冷卻，在反應管10的內部，設置用于放置基片S的基座14，在反應管10的壁面上，在與基座14上放置基片的面相對應的位置上設置光學窗口16。在光學窗口16的上方設置光源18和光檢測部20，從光源18射出的光通過光學窗口16照射到基座14上的基片S上，其反射光再通過光學窗口16反射到光檢測部20上。并且，光檢測部20與運算控制部22相連接，該控制運算部22與上述質量流控制器24相連接。
再者，從結構設計上看，從光源18射出的光幾乎是垂直地(最大偏轉5°)照射到基片S上，其反射光由光檢測部20進行測量，這樣可一邊在基片S上進行外延生長，一邊如下所述，同時測量生成的外延層的光反射強度的變化，在運算控制部22內利用規(guī)定的運算式來處理該光反射強度的變化，把處理后獲得的數(shù)據(jù)反饋到多閥控制器24內。
在本實施例中，其特征在于，由上述光源18來產生2個系統(tǒng)的監(jiān)測光，即第1監(jiān)測光和第2監(jiān)測光，可根據(jù)被形成的半導體層來轉換監(jiān)測光。
產生2個系統(tǒng)的監(jiān)測光所用的光源18，其結構不受特別限制，可以采用例如圖6A～圖6C所示的結構。
在圖6A所示的光源18中，把2個激光源18a和18b設置在互相靠近的位置上，在各光路上設置準直透鏡18c和18d，要使2條激光束成為平行光，或者起碼使焦點遠離基片。2條監(jiān)測光束相互間的夾角應在1度以內，最好達到平行。并且，這2條監(jiān)測光束最好照射在基片S上的幾乎同一位置上。
在圖6B所示的光源18中，2個激光源18a和18b，各自的光路互相垂直配置，半透明反射鏡18e設置在這些光路的交點上，與各光路構成45度角。并且，光源18a和18b與半透明反射鏡18e之間，在光路上分別設置準直透鏡18c和18d。在這種光源18內，具有規(guī)定波長的2條監(jiān)測光束通過半透明反射鏡18e，可以形成光軸一致的監(jiān)測光束。
在圖6c所示的光源18內，把2個激光源18a和18b配置在同一條線上，在其光路上設置了角度可以調整的反射鏡18f。并且，在各光源18a、18b和反射鏡18f之間，分別設置準直透鏡18c、18d。
在圖6A和圖6B所示的光源18中，可以獨立控制2條監(jiān)測光，所以，也可以經(jīng)常照射2個系統(tǒng)的監(jiān)測光，或者對某一光源進行通斷動作，也可以切換監(jiān)測光。在圖6c所示的光源18中，通過對反射鏡18f的角度進行切換，可以選擇光源18a和18b中的某一種光，可以切換監(jiān)測光。
作為光源使用的半導體激光器，可舉例表示如下，并分別注明其波長范圍。
InGaAsP系 1.2～1.6μm、 0.62～0.9μmInGaAs系 0.96～0.98μmGaAlAs系 0.7～0.88μm
InGaAlP系 0.62～0.67μmZnSSe系 0.4～0.5μmZnCdSe系 0.4～0.5μmGaInAlN系 0.3～0.5μm作為光源，除上述激光器外，還可采用廣泛用作光學監(jiān)視器的He～Ne激光器(振蕩波長0.63μm、1.15μm)等。
圖7A和圖7B表示受光系統(tǒng)的構成示例，圖7A表示監(jiān)視光為一種系統(tǒng)的構成；圖7B表示采用2種系統(tǒng)的監(jiān)視光時的構成。
在圖7A所示的裝置中，由光電二極管或光電倍增管等構成的光檢測部20直接與運算控制部22相連接，監(jiān)視光的反射光通過光檢測部20輸出到運算控制部22內。
在圖7B所示的裝置中，具有光檢測部20、分光部80和縫隙82。其中的光檢測部20由第1光檢測部20a和第2光檢測部20b構成；分光部80由棱鏡或全息圖等構成，并配置在光檢測部20a和20b與基片S之間。而且，第1光檢測部20a和第2光檢測部20b通過開關84與運算控制部22相連接。在該裝置內，反射光包括第1和第2監(jiān)測光，所以，該反射光通過分光部80和縫隙82分別被送到第1和第2光檢測部20a、20b。然后，由開關84選擇需要監(jiān)測的輸出并將其送入運算控制部22內。
以上簡要地說明了監(jiān)測光的照射和檢測所用的裝置，但本實施例并非僅限于此，而是可以適當?shù)剡x用通常所用的光學裝置和數(shù)據(jù)處理裝置等。
以下詳細說明第1和第2監(jiān)測光。
第1監(jiān)測光用于測量除第1包層104外的半導體層，至少是DBR鏡、最好是DBR鏡和其他半導體層的光學膜厚。第2監(jiān)測光至少用于測量第1包層104。并且，第1監(jiān)測光和第2監(jiān)測光的波長最好設計成能滿足下列條件。
也就是說，DBR鏡103對規(guī)定波長范圍，即至少對設計振蕩波長λo±30μm應具有高反射率，具體來說應為98％以上，能達到99％以上更好，能達到99.5％為最好。為滿足這一條件，構成DBR鏡的各膜層厚度應當是λ/4n。其中，λ表示規(guī)定波長(在本實施例中為設計振蕩波長λo)，n表示在規(guī)定波長時的折射率。
圖8表示DBR鏡的反射率光譜，縱坐標表示反射率，橫坐標表示波長。在該反射率光譜中，把反射率為99.5％以上的波段稱為“高反射波段”。另外，圖9～圖11所示的反射率在成膜時的變化，其縱坐標是把反射強度表示為反射率。具體來說，把在各監(jiān)測波長下具有100％、50％、0％的反射率的基準鏡放置到本實施例的成膜設備的基片位置上進行測量，預先檢測出本實施例的成膜設備中的反射率與反射強度的關系，這樣一來，把反射強度變換成基片的反射率。
上述DBR鏡的設計波長(高反射波段的中心波長)設定為半導體激光器的設計振蕩波長λo，即800nm。并且，在本實施例的AlGaAs半導體的情況下，成膜溫度和室溫之間有大約4.5％的光學膜厚差，所以，應當考慮到這一因素，適當?shù)卦O定監(jiān)測光波長。例如，室溫下的波長800nm，相當于成膜溫度750℃時的836nm。所以，在本實施例中，采用836nm波長的半導體激光器的激光作為第1監(jiān)測光。該波長相當于室溫下的DBR鏡的設計波長(800nm)。
再者，第2監(jiān)測光的波長λm設定為，在成膜溫度下未包含在高反射波段內的波長。也就是說，假定高反射波段的最小波長為λ1；高反射波段的最大波長為λh，那么，以下關系即可成立λm＜λ1λh＜λm第2監(jiān)測光的波長λm最好設定在比高反射波段小的波長范圍內(參見圖8)。在本實施例中，第2監(jiān)測光采用786nm波長的半導體激光器的激光。其原因將在下面詳細說明。
圖9表示，在利用圖5所示的成膜設備，進行MOVPE生長，制作本實施例的面發(fā)光型半導體激光器時，構成DBR鏡103、第1包層104和活性層105的外延層的反射率隨時間的變化。橫坐標表示外延層的成膜時間；縱坐標表示反射率。在圖9所示的反射率測量時，監(jiān)測光采用了第1監(jiān)測光，其波長等于校正波長λo’。(836nm)，λo’是對設計振蕩波長λo加上成膜時的溫度校正而得出的。
在圖9中，成膜時間T0～T2對應于DBR鏡103的成膜工序；成膜時間T2～T3對應于第1包層104的成膜工序；成膜時間T3～T4對應于活性層105的成膜工序。從圖9中可以看出在DBR鏡103的前段(鏡下部)的成膜(成膜時間T0～T1)和活性層105的成膜(成膜時間T3～T4)中，反射率變化顯著，極值(極大點和極小點)明確。與此相反，在DBR鏡103的后段(鏡上部)的成膜(成膜時間T1～T2)和第1包層104的成膜(成膜時間T2～T3)中，反射率變化小，不能測量出明確的極值。因此，在本實施例中，至少在第1包層104的成膜工序中，利用波長與第1監(jiān)測光不同的波長為λm的第2監(jiān)測光來進行測量。下面詳細說明各成膜工序與反射率的關系。
(a)DBR鏡的成膜在圖11中用模型方式放大表示圖9所示的DBR反射鏡103成膜工序前段的反射率光譜。
從圖11可以看出在GaAs基片上最初淀積低折射率n1的Al0.8Ga0.2As時，反射率隨著光學膜厚的增加而降低。當由光學膜厚達到(λo/4n1)時出現(xiàn)極小點①，所以，監(jiān)測出該極小點，然后切換到高折射率n2的Al0.15Ga0.85As的淀積。并且，當Al0.15Ga0.85As層的光學膜厚增加時，反射率就提高，當光學膜厚達到(λo/4n2)時出現(xiàn)極大點②，所以，再次切換到低折射率n1的Al0.8Ga0.2As的淀積。重復進行這樣的操作，可使DBR鏡的反射率一高一低反復變化，極大點的反射率逐漸提高。
該反射率的變化不受晶體生長速度和生長時間的影響，僅與各層的光學膜厚有關。所以，按照反射率光譜的極值(1次微分值0)對淀積的膜層的Al成分進行變更，交替地外延生長折射率不同的膜層，可以獲得各層均具有近似理論值光學膜厚(λ/4n)的DBR鏡。
如圖9所示，在DBR鏡成膜工序中，鏡的對數(shù)增加時反射率就提高，但反射率的變化率隨之減小。在實用上為了能精密地檢測出反射率的極大點和極小點，連續(xù)的極大點和極小點之差，必須達到反射率至少10％左右?？紤]到這一點，DBR鏡的高反射率區(qū)域(圖9的成膜時間T1～T2的區(qū)域)，也就是說，極大點和極小點的差達到反射率約為10％的成膜時間T1以后，根據(jù)在前段成膜時間T0～T1中所求得的測量數(shù)據(jù)來求出成膜速度，可以根據(jù)該成膜速度來控制各層的光學膜厚。
(b)第1包層的成膜圖10表示利用具有波長λm的第2監(jiān)測光來監(jiān)測第1包層104和活性層105而獲得的成膜時間與反射率的關系。從圖10中可以看出在利用第2監(jiān)測光進行測量時，在第1包層的成膜工序(成膜時間T2～T3)中，反射率出現(xiàn)了明顯的變化，這在采用第1監(jiān)測光(波長λo’)時是幾乎看不到的。極小點和極大點很明顯。
第2監(jiān)測光所采用的波長λm如前所述，必須是離開DBR鏡的高反射波段的波長。具體來說，波長λm必須在比DBR鏡的高反射波段短的波長一側或者長的波長一側進行選擇，并且最好是短波長一側的波長。其理由是，由于很難精密地測量反射率的絕對值，所以，通常根據(jù)反射強度的極大點和極小點來求波數(shù)。因此，可以測量的光學最小膜厚為監(jiān)測光的波長的1/4波數(shù)。所以，監(jiān)測光的波長越短，可測量的光學膜厚就越薄。
再者，根據(jù)與第2監(jiān)測光的波數(shù)(1/4)相對應的成膜時間Δt，可以計算出成膜速度。并且，再根據(jù)獲得的成膜速度可以計算出最終所需的光學膜厚的成膜時間，所以，光學膜厚的監(jiān)測與時間控制同時并用，可以獲得設計振蕩波長λo(校正波長λo’)時的任意波數(shù)No的光學膜厚。
例如圖12所示，若假定第2監(jiān)測光的極小點和極大點的時間間隔，即相當于波長λm的監(jiān)測光的1/4波數(shù)(Nm)的成膜時間為Δt，則為了形成第1包層所必須的成膜時間TEND(T3～T2)可用下式(式1)來表示。TENO=4Noλo′λmnmno′ΔT]]>在式1中，nm、no’分別為波長λm、λo’的成膜溫度時的折射率。nm和no’的溫度依存性幾乎相同，所以，其比不受溫度影響，是一定的，因此，nm和no’可分別將其波長的室溫下的折射率代入式中。
測量第1包層所用的波長λm的第2監(jiān)測光，也可以和波長λo的第1監(jiān)測光同時在2個系統(tǒng)中照射基片，也可以按照規(guī)定的時間(圖9和圖10中的成膜時間T2)，從第1監(jiān)測光系統(tǒng)變換到第2監(jiān)測光系統(tǒng)。
(c)活性層和其他層的成膜在活性層105的成膜過程中，如圖9所示，波長λo(校正波長λo’)的第1監(jiān)測光所產生的反射率不受DBR鏡的影響，變動很大，其極值可以明顯地測量出來，所以，利用第1監(jiān)測光來測量光學膜厚，可以準確地控制光學膜厚。在活性層105上依次淀積的第2包層106和接觸層109，成膜時也最好繼續(xù)采用第1監(jiān)測光來測量光學膜厚。
并且，這種成膜方法可以在晶體生長過程中測量DBR鏡本身的反射強度，因此，膜層形成過程中可以變更DBR鏡的對數(shù)，以形成最佳結構。
再者，位于DBR鏡的上部的第1包層和活性層等各層的光學膜厚也可以根據(jù)反射強度的極值而準確地進行控制。因此，與過去的對生長時間進行控制的成膜方法相比，是更好的制作方法，它可以提高晶體生長基片的生產能力和改善其重復性。實際上，利用本實施例的生長方法，很容易制作出適用于面發(fā)光型激光器件的、反射率為99.5％以上的DBR鏡。
通過監(jiān)測膜層反射率來控制晶體層光學膜厚的上述方法，不僅可以用于MOVPE法，而且，也可以用于其他工藝，例如MBE法等。
在利用RIBE法來形成柱狀諧振器部的工序(參見圖3B)中，使用對上述反射率進行監(jiān)測的裝置，其實施例，現(xiàn)說明如下。
采用RIBE法進行腐蝕，如上所述，是因為在制作諧振器部114時可以獲得垂直側面，而且表面損傷很少。在形成該柱狀諧振器部時，重要的問題是控制腐蝕深度、即第2包層106的剩余膜厚t。必須加強管理剩余膜厚，使其達到規(guī)定厚度的理由在前面已經(jīng)進行了說明。
下面具體地說明利用RIBE法一邊進行干腐蝕，一邊測量剩余膜厚的方法。
圖13表示可以邊腐蝕邊測量外延層反射率的RIBE裝置的概要圖。
該RIBE裝置是把等離子室40和構成排氣裝置的真空泵32連接到腐蝕室30上。在腐蝕室30內，在與上述等離子室40相對面的位置上設置了用于放置基片S的支座34。該支座34可以通過裝載定位室50而自由地前進和后退。在腐蝕室30內靠近等離子室40的側壁上設置光學窗口36和38，這兩個窗口的位置呈互相面對面的狀態(tài)。并且，在腐蝕室30內，在上述光學窗36和38的連結線上設置一對反射鏡M1和M2。在一個光學窗口36的外邊設置光源26；在另一個光學窗口38的外邊設置光檢測部28。再者，等離子室40連結微波導入部44和向等離子室40供應反應氣體用的氣體供給部46和48。并且，在等離子室40的周圍設置磁鐵42。
在該RIBE裝置中，對利用通常的方法在基片上形成的晶體層進行腐蝕，同時通過光學窗口36和反射鏡M1把光源26發(fā)出的光照射到基片S上，利用光檢測部28通過反射鏡M2和光學窗口38來測量反射光。這樣即可監(jiān)測基片S上的晶體層的反射率。
下面根據(jù)圖14A～圖14C來具體說明腐蝕中的第2包層剩余膜厚t的測量方法。
腐蝕前狀態(tài)(圖3A所示的狀態(tài))下的構成諧振器的外延晶體層，其反射光譜如圖14A所示。由于DBR鏡的反射率很高而且DBR鏡上的晶體層膜厚很薄，所以，主要光譜是DBR鏡的反射光譜。并且，當光從外部射入晶體層內時，DBR鏡上淀積的晶體層內存在駐波(縱向波型)，其波長使活性層對光進行吸收，因此，在該波長下的反射率下降，反射光譜變形，形成下陷(Do)。
該下陷(Do)的波長λo對應于DBR上部的晶體層的光學膜厚，所以，當通過腐蝕使光學膜厚變薄時，下陷部分(Do)也向短波長一側移動，形成波長λ’(參見圖14B)。
在長波長一側，進而產生下一個下陷(D1)(波長λ”)，并向短波長一側的波長λ1移動(參見圖14c)。若進一步繼續(xù)腐蝕，則在長波長一側再次產生新的下陷，就這樣重復進行下陷的移動和產生。從腐蝕前的狀態(tài)開始，若假定第a個下陷的波長為λa，則這時的腐蝕量Δa可用下式(式2)表示。 式中， 在式2中，一是由結構決定的常數(shù)，在本實施例中是1/2或1/4，n是外延層的平均折射率。
這樣，通過腐蝕使下陷向短波長一側移動，即使離開高反射波段，也能在長波長一側產生與下一個縱向波型相對應的下陷，并且進一步向短波長一側移動，所以，通過測量在腐蝕中高反射波段內存在的下陷的數(shù)量和波長移動量，即可對腐蝕量和腐蝕速度進行控制。因此，在第2包層中可以準確地制作出具有規(guī)定剩余膜厚的諧振器部114。
并且，在腐蝕中也可以同時監(jiān)測反射光譜的數(shù)值和形狀，因此，也可以測定腐蝕時的表面沾污、損傷等，可以把這些測定結果返饋到腐蝕條件內。
下面進一步說明采用反射率監(jiān)測裝置的另一種工藝，即利用RIE法的SiO2層腐蝕。
在圖1所示的面發(fā)光型半導體激光器制作工序中，如前所述，在形成激光射出側的環(huán)狀上側電極112之前，諧振器表面的P型接觸層109被表面保護用的SiO2層I(參見圖3A)所覆蓋。為了形成上側電極，必須把該SiO2層完全腐蝕掉。但是，如果腐蝕量超過需要，那么，接觸層也將受到腐蝕，使接觸層受到損傷，結果使諧振器長度發(fā)生變化，從而影響振蕩波長。
所以，對SiO2層I的腐蝕量進行控制是很重要的。因此，在本實施例中，SiO2層I的腐蝕所使用的RIE裝置中采用了在腐蝕過程中可以測量外延晶體層反射率的方法，對腐蝕量進行測量。
圖15表示采用反射率測量裝置的平行平板型RIE裝置的概要圖。在該RIE裝置中，在腐蝕室60內設置了互相對置的兩個電極，一個是與RF(高頻)振蕩器61相連接的裝載(片)電極62；另一個是網(wǎng)狀的對面電極64。在腐蝕室60內，連接了氣體供給部70和排氣用真空泵66。并且，在腐蝕室60的上述裝載電極62的對面的壁面上設置了光學窗口68。在該光學窗口68的外邊設置了光源72和光檢測部74。而且從光源72射出的光通過光學窗口68照射到基片S上，其反射光通過光學窗口68照射到光檢測部74上。在該RIE裝置中，利用一般機理來腐蝕SiO2層，同時可以通過檢測光源72射出的光，即可監(jiān)測腐蝕面的反射率。
圖16表示在P型接觸層109上具有SiO2層時對800nm光的反射率的變化。橫坐標為SiO2層的光學膜厚；縱坐標為反射率。如圖所示，反射率隨SiO2層的剩余膜厚而變化，每當剩余膜厚達到(λ/4n)時就出現(xiàn)極大點和極小點，當SiO2層完全被腐蝕掉時反射率就不再變化。在這里，λ為測量光源的波長，n為SiO2層的折射率。所以，在利用RIE法進行腐蝕的過程中，通過測量反射率，監(jiān)測反射率曲線的極值，即可完全腐蝕掉SiO2層。
并且，在SiO2層的腐蝕完全結束后，和上述RIBE工藝一樣，利用通過分光器的光或波長可變的激光作為RIE中的反射率測量光源，例如照射700～900nm波長的光，即可測量出反射率的下陷，可以測量出諧振器的長度。也就是說，若一邊測量該反射率的下陷，一邊用RIE進行腐蝕，則可用上述(式2)來求出腐蝕量，可以準確地控制諧振器長度。在這里采用RIE是因為在保護P型接觸層109所用的SiO2層被完全腐蝕掉以后，能夠在同一裝置內進行其他腐蝕，并且與采用RIBE的腐蝕相比，腐蝕速度較慢，所以便于控制諧振器長度。這時的腐蝕條件是，壓力2Pa、RF功率70W，腐蝕氣體采用CHF3。
如上所述，為了制作出本發(fā)明的面發(fā)光型半導體激光器，由DBR鏡的高反射波段和諧振器長度所決定的振蕩波長必須達到設計振蕩波長。但是，在外延生長后即使達不到設計振蕩波長，也可利用監(jiān)測反射率的RIE來進行腐蝕使諧振器長度準確地達到規(guī)定長度，因此，在制造高精度器件時可提高產品合格率。
并且，利用對反射率進行監(jiān)測的腐蝕方法，也可以在基片面內精密地制作出諧振器長度不同的部分，也可以在一塊基片上制作出振蕩波長不同的面發(fā)光型半導體激光器。
權利要求
1.一種光學膜厚測量方法，其特征在于當在基片上淀積多層膜時，把監(jiān)測光照射到基片上，根據(jù)其反射強度的極值來測量光學膜厚，在這種光學膜測量方法中，淀積的多層膜包括第1膜，它在規(guī)定波長范圍內具有98％以上的反射率；第2膜，它在上述第1是形成而且在上述規(guī)定波長范圍內具有1000cm-1以下的吸收系數(shù)；利用具有規(guī)定波長的第1監(jiān)測光來測量上述第1膜；利用波長與上述規(guī)定波長范圍不同的第2監(jiān)是光來測量上述第2膜。
2.如權利要求1所述的光學膜厚測量方法，其特征在于上述第2監(jiān)測光的波長比上述規(guī)定波長范圍短。
3.如權利要求1或2所述的光學膜厚測量方法，其特征在于，上述第1監(jiān)測光的波長在上述規(guī)定波長范圍內。
4.一種成膜方法，其特征在于在基片上淀積多層膜的成膜方法中，淀積的多層膜包括第1膜，它在規(guī)定波長范圍內具有98％以上的反射率；第2膜，它在第1膜上形成而且在上述規(guī)定波長范圍內具有1000cm-1以下的吸收系數(shù)。上述第1膜，是把具有規(guī)定波長的第1監(jiān)測光照射到基片上，根據(jù)其反射強度的極值，一邊監(jiān)測光學膜厚，一邊進行成膜；上述第2膜，是把波長與上述規(guī)定波長范圍不同的第2監(jiān)測光照射到基片上，根據(jù)其反射強度的極值，一邊監(jiān)測光學膜厚，一邊進行成膜。
5.如權利要求4所述的成膜方法，其特征在于，上述第2監(jiān)測光的波長比上述規(guī)定波長范圍短。
6.如權利要求4或5所述的成膜方法，其特征在于，上述第1監(jiān)測光的波長在上述規(guī)定波長范圍內。
7.一種半導體激光器的制造方法，其特征在于包括這樣的成膜工序，即在由第1導電型化合物半導體構成的基片上，利用外延生長法形成多層半導體層，其中至少包括第1導電型的分布反射型多層膜鏡、第1導電型的第1包層、活性層、第2導電型的第2包層和第2導電型的接觸層，上述分布反射型多層膜鏡，在成膜時把規(guī)定波長的第1監(jiān)測光照射到基片上，測量其反射強度，根據(jù)該反射強度的極值，從折射率不同的一種半導體層的淀積轉換到另一種半導體層的淀積，以此交替地淀積形成低折射率的半導體層和高折射率的半導體層，而且在規(guī)定波長范圍內具有98％以上的反射率。上述第1包層，是把第2監(jiān)測光照射到基片上，第2監(jiān)測光的波長不同于上述分布反射型多層膜鏡的上述規(guī)定波長范圍，對其反射強度的極值進行監(jiān)測，以此一邊控制光學膜厚，一邊進行成膜。
8.如權利要求7所述的半導體激光器制造方法，其特征在于，上述分布反射型多層膜鏡在上述規(guī)定波長范圍內具有99％以上的反射率。
9.如權利要求7或8所述的半導體激光器制造方法，其特征在于上述第1包層具有1000cm-1以下的吸收系數(shù)。
10.如權利要求7所述的半導體激光器制造方法，其特征在于上述第2監(jiān)測光的波長小于上述規(guī)定波長范圍。
11.如權利要求7或10所述的半導體激光器制造方法，其特征在于上述第1監(jiān)測光的波長等于所述半導體激光器的設計振蕩波長。
12.如權利要求7所述的半導體激光器制造方法，其特征在于，上述活性層，上述第2包層和上述接觸層，利用上述第1監(jiān)測光，一邊控制光學膜厚，一邊進行成膜。
全文摘要
光學膜厚測量方法和成膜方法是在基片上淀積多層膜時，把監(jiān)測光照射到基片上，根據(jù)其反射強度的極值來測量膜厚。淀積的多層膜包括第1膜和第2膜，第1膜在規(guī)定波長范圍內具有98％以上的反射率；第2膜在上述第1膜上形成并且在上述規(guī)定波長范圍內具有1000cm
文檔編號C23C14/24GK1140832SQ9611058
公開日1997年1月22日 申請日期1996年7月15日 優(yōu)先權日1995年7月17日
發(fā)明者近藤貴幸, 森克己, 金子丈夫 申請人:精工愛普生株式會社