專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件的制造方法和回旋管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造諸如半導(dǎo)體激光器、半導(dǎo)體光探測(cè)器、半導(dǎo)體光開(kāi)關(guān)、半導(dǎo)體光濾波器以及半導(dǎo)體光調(diào)制器等半導(dǎo)體器件的方法。尤其涉及制造半導(dǎo)體光器件的方法，其中能用自對(duì)準(zhǔn)工藝制造半導(dǎo)體器件。本發(fā)明同樣涉及用該方法制備的回旋管。
通常，通過(guò)利用晶體生長(zhǎng)在襯底上形成提供諸如光發(fā)射、光探測(cè)、光導(dǎo)和調(diào)制等所需功能的半導(dǎo)體層，隨后刻蝕該器件至為實(shí)現(xiàn)所需功能設(shè)計(jì)的尺寸和形狀，最后形成電極的方法來(lái)制造半導(dǎo)體光器件。參照inter alia的公開(kāi)號(hào)為5-7019的日本專(zhuān)利申請(qǐng)。
但是，當(dāng)形成的電極尺寸變小時(shí)，已知的制造半導(dǎo)體光器件的方法會(huì)遇到光刻工藝的對(duì)準(zhǔn)困難。例如，用任何已知的制造半導(dǎo)體光器件的方法在5微米寬的臺(tái)面上形成4微米寬的電極是極度困難的。
此外，已知的制造半導(dǎo)體光器件的方法涉及如下步驟在半導(dǎo)體層上形成諸如光刻膠的刻蝕掩模，隨后刻蝕該半導(dǎo)體層并除去該刻蝕掩模。用該工藝，在應(yīng)用和除去諸如光刻膠的刻蝕掩模的工藝過(guò)程中，該半導(dǎo)體層經(jīng)常被沾污，使得在形成電極時(shí)很難得到好的歐姆接觸。盡管可以用除去電極形成區(qū)中該半導(dǎo)體沾污部分這種額外的刻蝕該半導(dǎo)體層的工藝建立好的歐姆接觸，但由于增加了工藝步驟，對(duì)工藝不利。
因此，本發(fā)明的目的之一是提供制造半導(dǎo)體光器件的方法，該方法省去了臺(tái)面和在其上形成的電極之間的對(duì)準(zhǔn)。
本發(fā)明的另一目的是提供用上述方法制造的回旋管，其包含環(huán)形諧振腔半導(dǎo)體激光器，其中光束以相反方向迂回地傳播。
根據(jù)本發(fā)明，提供了制造半導(dǎo)體器件的方法，它包含如下步驟
在襯底上制備至少有一個(gè)半導(dǎo)體層的部件；在該半導(dǎo)體層上形成電極層；在該電極層上形成刻蝕掩模；以及通過(guò)刻蝕該電極層和該半導(dǎo)體層形成臺(tái)面輪廓。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述半導(dǎo)體層有多層結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，構(gòu)成所述臺(tái)面的所述半導(dǎo)體層和所述電極層都有相同寬度。
該部件是具有至少一半導(dǎo)體層的晶片。
根據(jù)本發(fā)明，同樣提供了制造半導(dǎo)體光器件的方法，包括在襯底上形成至少一個(gè)半導(dǎo)體層的第一薄膜形成步驟；在所述半導(dǎo)體層上形成第一電極材料薄膜的第二薄膜形成步驟；在所述電極材料上形成保護(hù)薄膜的第三薄膜形成步驟；選擇性形成刻蝕掩模的步驟；選擇性刻蝕該保護(hù)薄膜的第一刻蝕步驟；選擇性刻蝕該第一電極材料的第二刻蝕步驟；刻蝕該半導(dǎo)體層至預(yù)定深度的第三刻蝕步驟；除去該刻蝕掩模和保護(hù)薄膜的步驟；以及在該襯底上形成第二電極的步驟。


圖1A，1B，1C，1D和1E例示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體光器件的過(guò)程。
圖2顯示了用本發(fā)明制造方法制備的半導(dǎo)體激光器。
圖3是沿著圖2中3-3線(xiàn)的橫截面圖。
圖4顯示了具有不對(duì)稱(chēng)錐形波導(dǎo)的半導(dǎo)體激光器。
圖5A，5B，5C，5D，5E，5F，5G和5H圖示了例1中根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體光器件的過(guò)程。
圖6A，6B，6C，6D，6E，6F，6G和6H圖示了例2中根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體光器件的過(guò)程。
圖7A，7B，7C，7D，7E，7F，7G和7H圖示了例3中根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體光器件的過(guò)程。
圖8A，8B，8C，8D，8E，8F，8G和8H圖示了例4中根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體光器件的過(guò)程。
圖9A，9B，9C，9D，9E，9F，9G和9H圖示了例5中根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體光器件的過(guò)程。
圖10A，10B，10C，10D，10E，10F，10G和10H圖示了例6中根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體光器件的過(guò)程。
圖11A，11B，11C，11D，11E，11F和11G圖示了例7中根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體光器件的過(guò)程。
圖12A，12B，12C，12D，12E，12F和12G圖示了例8中根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體光器件的過(guò)程。
圖13，14，15，16，17，18，19和20圖示了根據(jù)本發(fā)明配備有環(huán)形諧振腔型半導(dǎo)體激光器的光回旋管的制造過(guò)程。
圖21顯示了根據(jù)本發(fā)明具有環(huán)形諧振腔型半導(dǎo)體激光器的光回旋管。
圖22顯示了根據(jù)本發(fā)明具有中空?qǐng)A柱環(huán)形諧振腔型半導(dǎo)體激光器的光回旋管。
圖23，24，25，26，27，28，29和30圖示了根據(jù)本發(fā)明配備有中空?qǐng)A柱環(huán)形諧振腔型半導(dǎo)體激光器的光回旋管的制造過(guò)程。
圖31是檢測(cè)半導(dǎo)體激光器電壓的電路示意圖。
圖32是用于旋轉(zhuǎn)檢測(cè)的電路示意圖。
圖33是頻率/電壓轉(zhuǎn)換器電路的電路示意圖。
圖34是檢測(cè)半導(dǎo)體激光器電流的電路示意圖。
圖35是檢測(cè)半導(dǎo)體激光器電流的電路示意圖。
圖36是用于旋轉(zhuǎn)檢測(cè)的電路示意圖。
圖37是用于旋轉(zhuǎn)檢測(cè)的電路示意圖。
圖38是檢測(cè)半導(dǎo)體激光器阻抗的電路示意圖。
現(xiàn)在，通過(guò)參照例示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的附圖，具體描述本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明，圖1A至1E是半導(dǎo)體光器件的第一實(shí)施例的橫截面圖。
首先，參照?qǐng)D1A，在襯底1上制備有一個(gè)至多個(gè)半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體部件。
盡管圖1A的該半導(dǎo)體部件在襯底1上有三個(gè)半導(dǎo)體層，但也可以只有一個(gè)半導(dǎo)體層。
當(dāng)制造半導(dǎo)體激光器時(shí)，圖1A中的參照數(shù)字3指的是有源層，參照數(shù)字2和4指的是夾住有源層3的低折射率層。
無(wú)需說(shuō)，只要能提供所需的特性，該半導(dǎo)體部件可以有與圖1A所示不同的結(jié)構(gòu)。
接著，如圖1B所示，在臺(tái)面上形成用來(lái)制作電極的電極層5。
接著，如圖1C所示，形成刻蝕掩模6。
接著，如圖1D所示，通過(guò)使用該刻蝕掩模6形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)。
接著，除去該刻蝕掩模(圖1E)。這樣就得到了在臺(tái)面上具有由電極層5構(gòu)成的電極的基本部件。
用上述工藝，可以容易地在臺(tái)面上制備由電極層5構(gòu)成的電極。根據(jù)本發(fā)明，可以用自對(duì)準(zhǔn)工藝在微器件上形成電極，即使該微器件有十分精細(xì)的結(jié)構(gòu)。
在用如圖1E所示的刻蝕形成臺(tái)面之后或在刻蝕之前形成襯底1底部上的電極。
如上所述，特別是當(dāng)器件的尺寸小時(shí)，在形成該臺(tái)面之前形成臺(tái)面上電極是有利的。更確切地說(shuō)，當(dāng)器件的尺寸小于約4微米時(shí)特別有利。這是因?yàn)樵诠饪坦に囍?，光掩模的?duì)準(zhǔn)精度大約是2微米。用已知的制造方法，如果每一邊都有2微米的對(duì)準(zhǔn)冗余，器件的尺寸必須不小于4微米。另一方面，根據(jù)本發(fā)明，由于不需要光掩模的對(duì)準(zhǔn)，現(xiàn)在制備小于4微米的器件成為可能。
現(xiàn)在，將在下邊討論根據(jù)本發(fā)明使用制造半導(dǎo)體光器件的方法制備的回旋管。
首先，如圖2所示，形成具有波導(dǎo)100輪廓的半導(dǎo)體激光器。
圖3是沿著圖2中3-3線(xiàn)的橫截面圖。
參照?qǐng)D3，其中顯示了襯底1，一對(duì)包層2和4，有源層3和一對(duì)電極5和7。
通過(guò)該電極將電流注入該器件，并且超出門(mén)限水平，因此導(dǎo)致激光器振蕩。
如圖2所示，該器件有波導(dǎo)，在其中一對(duì)沿相對(duì)方向迂回傳播的激光束1001和1002共存。圖2中參照數(shù)字104代表鏡子。
假設(shè)該激光器被恒定電流驅(qū)動(dòng)。那么，當(dāng)該激光器旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)Sagnac效應(yīng)，第一激光束1001和第二激光束1002表現(xiàn)出不同的振蕩頻率相互干涉，從而產(chǎn)生差頻(beat)。因?yàn)樵摬铑l可以通過(guò)應(yīng)用于該激光器的電壓改變而被檢測(cè)到，或更確切地說(shuō)，是電壓頻率的改變，以此可以檢測(cè)物體的角速度。日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)57-43486號(hào)(第4,431,308號(hào)美國(guó)專(zhuān)利)和4-174317號(hào)描述了利用這樣的電壓改變來(lái)檢測(cè)角速度的技術(shù)。請(qǐng)注意，如圖2所示，用具有對(duì)稱(chēng)輪廓的波導(dǎo)在靜態(tài)下不發(fā)生差頻。另一種情況，如圖4所示，通過(guò)提供錐形不對(duì)稱(chēng)輪廓103，可以形成這樣的激光器以使第一激光束1001和第二激光束1002間即使保持靜態(tài)時(shí)振蕩頻率也不同。用這種安排，通過(guò)比較靜態(tài)的頻率和旋轉(zhuǎn)的頻率不僅可以檢測(cè)角速度，而且也可以檢測(cè)物體的旋轉(zhuǎn)靈敏度。
盡管圖2所示的該波導(dǎo)可以是四邊形的輪廓，另外也可以是圓形或三角形的或一些其它多邊形的輪廓。此外，該波導(dǎo)沒(méi)必要是環(huán)形輪廓。該波導(dǎo)的所有側(cè)表面最好是全反射平面以便激光振蕩有效發(fā)生。
下邊討論檢測(cè)激光器電壓等信號(hào)變化的方式。
如圖31所示，加入恒流源3102并通過(guò)電阻3101將其連接到半導(dǎo)體激光器3100的激光器件。接著，用電壓檢測(cè)電路3106檢測(cè)半導(dǎo)體激光器3100的電信號(hào)(這里是電壓信號(hào))。
如果需要，如圖31所示，電壓跟隨器電路3105最好配置成保護(hù)電路形式。
圖32是通過(guò)用恒流驅(qū)動(dòng)該激光器并讀出該陽(yáng)極電平的變化來(lái)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的電路示意圖。
該半導(dǎo)體激光器3100的陽(yáng)極通過(guò)保護(hù)電阻3202連至運(yùn)放3203，而該半導(dǎo)體激光器3100的陰極連接至該運(yùn)放3203的反向輸入端。
接著，電壓跟隨器電路3105響應(yīng)通常來(lái)自微計(jì)算機(jī)的輸入電平Vin輸出信號(hào)Vout。因?yàn)樾盘?hào)Vout包含與角速度成比例的差頻頻率，通常通過(guò)已知的頻率/電壓轉(zhuǎn)換器電路(F/V轉(zhuǎn)換器電路)將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓，從而能夠檢測(cè)該半導(dǎo)體激光器的旋轉(zhuǎn)。
圖33是能夠應(yīng)用于本發(fā)明目的的頻率/電壓轉(zhuǎn)換器電路的電路示意圖。該電路包括晶體管，二極管，電容和電阻，其中該輸出電壓Vc2由如下公式表達(dá)Vc2＝EiC1R0f/[1+1/{1-exp(-1/R0C2f}]其中Ei代表輸入電壓的峰峰值，f代表差頻頻率。通過(guò)選擇電路參數(shù)滿(mǎn)足C2＞＞C1和R0C2f＜1的值，Vc2由如下公式表達(dá)，以便可以獲得同該差頻頻率成比例的電壓輸出。
Vc2＝EiC1R0f/2下邊討論通過(guò)電流改變來(lái)檢測(cè)該激光器件的旋轉(zhuǎn)的配置。
用恒壓源作為功率源，通過(guò)檢測(cè)流過(guò)半導(dǎo)體激光器的電流可以決定旋轉(zhuǎn)激光器件的角速度。如圖34或35所示，通過(guò)使用電池作為該恒壓源，可以得到該激光器件的既精巧又輕便的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在圖34的電路中，將該半導(dǎo)體激光器3400串聯(lián)至電阻3401，以便通過(guò)觀(guān)察該電阻兩端的電壓變化來(lái)決定流過(guò)該半導(dǎo)體激光器的電流。在圖34中，參照數(shù)字3402代表電池，參照數(shù)字3406代表伏特計(jì)。另一方面，在圖35的電路中，將該半導(dǎo)體激光器3400串聯(lián)至安培表3506，以便直接決定流過(guò)該半導(dǎo)體激光器的電流。在圖35中，參照數(shù)字3501代表電阻。
下邊將討論為本發(fā)明設(shè)計(jì)的用于檢測(cè)差頻信號(hào)的另一種電路配置。
圖36是用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的電路的電路示意圖，其中將恒壓源應(yīng)用于半導(dǎo)體激光器3600以驅(qū)動(dòng)它，從而通過(guò)讀出該陽(yáng)極電平的變化來(lái)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)。
通過(guò)電阻3603將該激光器3600的陽(yáng)極連接至運(yùn)放3610的輸出端，而將該激光器的陰極地接于參考電平。
通過(guò)使用諸如微計(jì)算機(jī)的設(shè)備將恒定電平(Vin)應(yīng)用于該運(yùn)放的反向輸入端來(lái)獲得恒壓驅(qū)動(dòng)裝置，以便可以將該電平恒定應(yīng)用于該電阻3603和該激光器3600。
該電阻3603同電壓跟隨器電路3611相連。
由于該電壓跟隨器3611的輸出信號(hào)Vout與旋轉(zhuǎn)的角速度成比例，因此使用已知的頻率/電壓轉(zhuǎn)換器電路(F/V轉(zhuǎn)換器電路)將該頻率變?yōu)殡妷?，這樣可以檢測(cè)該激光器的旋轉(zhuǎn)。也許沒(méi)必要說(shuō)，不將電壓傳過(guò)該電壓跟隨器電路3611，而直接將在電阻3603上得到的等電位點(diǎn)的信號(hào)應(yīng)用于該F/V轉(zhuǎn)換器電路，同樣可以檢測(cè)該激光器的旋轉(zhuǎn)。可以使用頻率計(jì)數(shù)器作為差頻信號(hào)檢測(cè)電路。
圖37顯示了一個(gè)具有減法器電路3715以及參見(jiàn)圖36的同上述一致的恒壓驅(qū)動(dòng)裝置的電路示意圖，其中該地電平用作該信號(hào)的參考電平。
參見(jiàn)圖37，通過(guò)使用諸如微計(jì)算機(jī)的設(shè)備將恒定電壓V1應(yīng)用于運(yùn)放3710的反向輸入端。在圖37中，參照數(shù)字3700代表激光器件，參照數(shù)字3711和3712分別代表電壓跟隨器，而參照數(shù)字3703，3716至3719分別代表電阻。電阻3716和3717具有相同的電阻值，與此類(lèi)似，電阻3718和3719具有相同的電阻值。
通過(guò)電壓跟隨器3711，3712和電阻3716，3718將電阻3703兩端的電平V1和V2應(yīng)用于運(yùn)放3720的反向輸入端和非反向輸入端。用這個(gè)裝置，通過(guò)使用地電平作為參考電平，可以檢測(cè)應(yīng)用于電阻3703的電壓變化V2-V1(V0)，這表明可以檢測(cè)流過(guò)該激光器3700的電流變化。
接著，讓獲得的信號(hào)通過(guò)F/V轉(zhuǎn)換器電路就可以檢測(cè)該激光器件的旋轉(zhuǎn)。
不管該功率源的類(lèi)型如何，如圖38所示，直接使用阻抗計(jì)3809可以觀(guān)察半導(dǎo)體激光器3800的阻抗變化。在圖38中，參照數(shù)字3801和3802分別代表電阻和功率源。用該配置，可以減少該驅(qū)動(dòng)源的噪聲影響，而不象觀(guān)察到的應(yīng)用于激光器的端電壓或流過(guò)激光器的電流時(shí)那樣。
現(xiàn)在，將通過(guò)參照講解實(shí)例的附圖來(lái)描述本發(fā)明。
(例1)圖5A至5H圖示了例1中根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體光器件的過(guò)程。請(qǐng)注意該例指的制造半導(dǎo)體光器件是半導(dǎo)體激光器。對(duì)于制造半導(dǎo)體激光器，首先，如圖5A所示，在襯底上形成多層半導(dǎo)體層。圖5A中，顯示了襯底1，緩沖層11，光導(dǎo)層12，有源層13，另一光導(dǎo)層14，包層15和覆蓋層16。
更確切地說(shuō)，例1中，如圖5A所示，使用金屬有機(jī)汽相外延生長(zhǎng)技術(shù)在n-InP襯底1上生長(zhǎng)n-InP緩沖層11(0.05微米厚)，具有1.3微米組成的未摻雜的InGaAsP光導(dǎo)層12(0.15微米厚)，具有1.55微米組成的未摻雜的InGaAsP光導(dǎo)層13(0.1微米厚)，另一具有1.3微米組成的未摻雜的InGaAsP光導(dǎo)層14(0.15微米厚)，p-InP包層15(2微米厚)以及具有1.4微米組成的p-InGaAsP覆蓋層16(0.3微米厚)。
接下來(lái)，如圖5B所示，在汽相淀積系統(tǒng)中，在該覆蓋層16上形成Cr/Au層(Cr＝5nm厚，Au＝0.15μm厚)作為陽(yáng)極電極21。接著如圖5C所示，使用等離子體化學(xué)汽相淀積(CVD)系統(tǒng)在該陽(yáng)極21上形成SiN層(0.3微米厚)作為保護(hù)薄膜31。其后，如圖5D所示，使用旋轉(zhuǎn)涂敷裝置在該保護(hù)薄膜(SiN)31上使用光刻膠AZ-1350(商標(biāo)名，Hoechst提供)形成厚度1微米的薄膜，在80℃下預(yù)烘30分鐘，隨后用已放置在該晶片上的掩模(5微米寬)曝光，光化學(xué)顯影并漂洗來(lái)在保護(hù)薄膜31部分上產(chǎn)生刻蝕掩模41。
接著，在反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)中，使用CF4氣體將該保護(hù)薄膜(SiN)刻蝕掉。隨后，改用Ar氣將該Au(金)刻蝕掉，接著，再換回CF4氣體將Cr刻蝕掉。如圖5E所示，該過(guò)程結(jié)果刻蝕掉該陽(yáng)極21來(lái)暴露除被該刻蝕掩模41覆蓋的區(qū)域外的該覆蓋層16。接著，在這種條件下，再次將該晶片放至該反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)中并用氯氣刻蝕至5微米深。圖5F顯示了應(yīng)用于這個(gè)刻蝕過(guò)程的晶片。在未形成該刻蝕掩模41的區(qū)域，所有保護(hù)薄膜31，陽(yáng)極21和半導(dǎo)體層都被刻蝕掉。
等到完成該刻蝕過(guò)程，將該晶片放至等離子體灰化(ashing)系統(tǒng)，通過(guò)使用氧氣等離子體除去該刻蝕掩模41。接著，使用緩沖氫氟酸，采用濕法刻蝕除去該保護(hù)薄膜31。用這個(gè)辦法，如圖5G所示，該陽(yáng)極21被整形至與該臺(tái)面頂部同樣大小。最后，如圖5H所示，通過(guò)淀積在該n-InP襯底底部形成AuGe/Ni/Au層作為陰極22，并在氫氣氛中退火以形成歐姆接觸，這樣生成了最終的半導(dǎo)體激光器。陽(yáng)極和陰極的接觸電阻值都小于0.5歐姆，表明獲得了良好的歐姆接觸。
如上所述，在例1中，采用晶體生長(zhǎng)工藝形成了該半導(dǎo)體激光器，因此可以高度精確地控制該半導(dǎo)體層的厚度和組成。
此外，在例1中，同樣可以采用擴(kuò)散工藝或離子注入工藝產(chǎn)生分層的結(jié)構(gòu)。與常規(guī)制造方法不同，在該例中，在形成臺(tái)面50后不再需要形成臺(tái)面上電極，在應(yīng)用光刻膠和除去該光刻膠的過(guò)程中該半導(dǎo)體層的表面未被沾污，因此可以在覆蓋層16和電極21間獲得良好的歐姆接觸。
除此之外，在例1中，由于在陽(yáng)極21上形成了保護(hù)薄膜31，在刻蝕該半導(dǎo)體層時(shí)，即使該半導(dǎo)體層對(duì)該掩模41的刻蝕選擇率相當(dāng)?shù)?，仍能滿(mǎn)意地保護(hù)該電極的表面。
無(wú)需說(shuō)，如果能夠保證高刻蝕選擇率，可以不需要該保護(hù)薄膜31。
如果該保護(hù)薄膜是用諸如SiO2或SiN的介質(zhì)或絕緣材料組成時(shí)，能夠很強(qiáng)地承受干蝕工藝。正如參照隨后的例子時(shí)描述的，如果該半導(dǎo)體層對(duì)該刻蝕掩模41的刻蝕選擇率相當(dāng)?shù)蜁r(shí)，在刻蝕該半導(dǎo)體層時(shí)，利用這個(gè)特性可以完全除去該刻蝕掩模41以暴露該保護(hù)薄膜31。如果是這種情況，則在該刻蝕操作后無(wú)須除去該刻蝕掩模，因而大大簡(jiǎn)化該制造工藝。
在該例中，在缺乏由光刻膠或類(lèi)似材料組成的刻蝕掩模41的區(qū)域里，逐步刻蝕掉該保護(hù)薄膜31，該陽(yáng)極21和半導(dǎo)體層。這樣在刻蝕后，該臺(tái)面的頂端和該電極的頂端基本上具有相同尺寸。此外，由于在該臺(tái)面上形成電極后該掩模不需要對(duì)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)使用自對(duì)準(zhǔn)工藝的制造方法。
如果在其上形成電極的該臺(tái)面之頂端區(qū)域非常小，該電極也能夠容易地形成。這樣，根據(jù)本發(fā)明，提供了增強(qiáng)位置精度和減少制造步驟數(shù)的制造半導(dǎo)體光器件的方法。
(例2)圖6A至6H圖示了例2中根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體光器件的過(guò)程。該第二例與上述第一例不同之處在于如圖6A所示，首先在襯底1上形成陰極22。如圖6B至6H所示，其它步驟與例1中的相同。在此例中獲得的陽(yáng)極21和陰極22的歐姆接觸與例1中的是等效的。換句話(huà)說(shuō)，也可以首先在襯底1上形成陰極。
(例3)圖7A至7H圖示了例3中根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體光器件的過(guò)程。該第三例與上述第一例不同之處在于如圖7F所示，為了完全除去該刻蝕掩模41和暴露保護(hù)薄膜31，半導(dǎo)體層使用了對(duì)該刻蝕掩模41相當(dāng)?shù)偷目涛g選擇率。例如，在反應(yīng)離子束刻蝕工藝中，通過(guò)使用高加速電壓來(lái)獲得低刻蝕選擇率。從圖7A至7E，7G和7H可以看出，此例在其他方面與第一例相同。由于能夠省去刻蝕半導(dǎo)體層后的除去刻蝕掩模41的步驟，此例比第一例更加簡(jiǎn)化。此例中獲得的陽(yáng)極21和陰極22的接觸電阻值與例一中類(lèi)似。
(例4)圖8A至8H圖示了例4中根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體光器件的過(guò)程。該第四例與上述第三例不同之處在于如圖8A所示，首先在襯底1上形成陰極22。從圖8B至8H可以看出，此例在其他方面與第三例相同。此例中獲得的陽(yáng)極21和陰極22的接觸電阻值與例一中類(lèi)似。
(例5)圖9A至9H圖示了例5中根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體光器件的過(guò)程。該第五例與上述第一例不同之處在于如圖9E所示，為了完全除去該刻蝕掩模41和暴露保護(hù)薄膜31，保護(hù)薄膜31或陽(yáng)極21采用對(duì)該刻蝕掩模41相當(dāng)?shù)偷目涛g選擇率。例如，在反應(yīng)離子束刻蝕工藝中，通過(guò)使用高加速電壓來(lái)獲得保護(hù)薄膜31或陽(yáng)極21的低刻蝕選擇率。
從圖9A至9D和9F至9H可以看出，此例在其他方面與第一例相同。由于能夠省去刻蝕半導(dǎo)體層后的除去刻蝕掩模41的步驟，此例比第一例更加簡(jiǎn)化。此例中獲得的陽(yáng)極21和陰極22的接觸電阻值與例1中的類(lèi)似。
(例6)圖10A至10H圖示了例6中根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體光器件的過(guò)程。該第六例與上述第五例不同之處在于如圖10A所示，首先在襯底1上形成陰極22。從圖10B至10H可以看出，此例在其他方面與第五例相同。此例中獲得的陽(yáng)極21和陰極22的接觸電阻值與例1中類(lèi)似。
(例7)圖11A至11G圖示了例7中根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體光器件的過(guò)程。該第七例與上述第一例不同之處在于如圖11C可以看出，直接在陽(yáng)極21上形成刻蝕掩模。更確切地說(shuō)，在此例中，由于陽(yáng)極21和該半導(dǎo)體層采用了對(duì)該刻蝕掩模41相當(dāng)高的刻蝕選擇率，不再需要使用保護(hù)薄膜。從圖11A，11B，11E至11G可以看出，此例在其他方面與第一例相同。由于能夠省去形成保護(hù)薄膜和隨后它的刻蝕和除去的步驟，此例比第一例更進(jìn)一步加以簡(jiǎn)化。此例中獲得的陽(yáng)極21和陰極22的接觸電阻值與例1中類(lèi)似。
(例8)圖12A至12G圖示了例8中根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體光器件的過(guò)程。該第八例與上述第七例不同之處在于如圖12A所示，首先在襯底1上形成陰極22。從圖12B至11G可以看出，此例在其他方面與第七例相同。此例中獲得的陽(yáng)極21和陰極22的接觸電阻值與例1中類(lèi)似。
順便說(shuō)一句，在上述每個(gè)例子中，制備的半導(dǎo)體光器件是半導(dǎo)體激光器，無(wú)需說(shuō)，本發(fā)明也可用來(lái)制造諸如光發(fā)射二極管和超輻射發(fā)光二極管等光發(fā)射器件，諸如光二極管和雪崩-光二極管的光探測(cè)器器件，光濾波器，光開(kāi)關(guān)或光調(diào)制器。此外，盡管上述例子中使用的半導(dǎo)體材料是InGaAs類(lèi)型的，也可以選擇象GaAs類(lèi)型，ZnSe類(lèi)型，InGaN類(lèi)型，AlGaN類(lèi)型或一些其它材料用于本發(fā)明。除此之外，只要與上述一樣有效，也可以用合適的材料代替用于陽(yáng)極，陰極和保護(hù)薄膜的材料。最后，有源層不限于體結(jié)構(gòu)，同樣可以選擇單量子阱結(jié)構(gòu)或多量子阱結(jié)構(gòu)。
下邊通過(guò)實(shí)例描述配備有根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體光器件方法制備的環(huán)形諧振腔類(lèi)型半導(dǎo)體激光器的光回旋管。
(例9)圖13至21圖示了根據(jù)本發(fā)明制造提供有環(huán)形諧振腔類(lèi)型半導(dǎo)體激光器的光回旋管。
參見(jiàn)圖13至21，首先引入具有多層結(jié)構(gòu)的襯底。該多層襯底包括具有在n-GaAs襯底101上形成的三層Al0.3Ga0.7As/GaAs的多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層113，一對(duì)Al0.3Ga0.7As的光導(dǎo)層123上下夾住該有源層，而該光波導(dǎo)層進(jìn)一步被p-Al0.5Ga0.5As包層115和n-Al0.5Ga0.5As包層112夾住(圖13)。圖13中的參照數(shù)字111代表在該襯底101上形成的n-GaAs緩沖層，參照數(shù)字116代表在上層包層115上形成的p-GaAs覆蓋層。
接著，在該覆蓋層116上形成Cr/Au層(或Ti/Pt/Au)作為陽(yáng)極121(圖14)。如圖15所示，隨后在其上涂上光刻膠141并進(jìn)行構(gòu)圖操作。接著，通過(guò)采用已構(gòu)圖的光刻膠141作為掩模對(duì)該陽(yáng)極121進(jìn)行干蝕操作(圖16)。
接下來(lái)，通過(guò)干蝕除去該半導(dǎo)體層(圖17)并除去該光刻膠141(圖18)。盡管在圖17中，留下了該緩沖層111，也可以將其刻蝕掉。在除去該光刻膠層后，執(zhí)行氫氣氛下的退火以使其變?yōu)楹辖稹?br> 對(duì)襯底拋光后，需要通過(guò)淀積AuGeNi/Au來(lái)形成陰極122(圖19)。接著，再次執(zhí)行氫氣氛下的退火以使其變?yōu)楹辖?。再后?lái)，為了以電流，電壓或阻抗變化的形式檢測(cè)該半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的差頻信號(hào)，配置了端子150(圖20)。從端子150輸出的差頻信號(hào)以電流，電壓或阻抗變化的形式采用檢測(cè)電路(圖中未顯示)檢測(cè)到。
這樣，如圖21所示，形成了具有環(huán)形諧振腔類(lèi)型半導(dǎo)體激光器200的光回旋管。請(qǐng)注意，圖21顯示的只有有源層113，而該上下夾住它的包層等均從圖21中省去了。圖21中的參照數(shù)字151代表從陽(yáng)極引出并被用于電流注入等作用的連線(xiàn)。
在具有如圖21所示配置的環(huán)形諧振腔類(lèi)型半導(dǎo)體激光器中，激光束沿相反方向迂回傳播。當(dāng)該激光器旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)Sagnac效應(yīng)，該半導(dǎo)體激光器的兩束光束相互干涉而改變其振蕩頻率，從而產(chǎn)生差頻。差頻的改變可以以電流，電壓或阻抗的形式被檢測(cè)，因而提供了用于檢測(cè)物體角速度的光回旋管。
當(dāng)通過(guò)陽(yáng)極21將電流注入至具有上述配置的半導(dǎo)體激光器時(shí)，由于該半導(dǎo)體和周?chē)諝夥謩e具有不同的折射率，在其交界處發(fā)生反射。如果該半導(dǎo)體的折射率是3.5，當(dāng)交界處的法線(xiàn)與激光束夾角大于等于16.6度時(shí)，發(fā)生全反射。
該產(chǎn)生全反射的振蕩模式具有比任何其它振蕩模式小的振蕩門(mén)限增益，原因在于沒(méi)有鏡象損失，從而振蕩在低電流注入水平時(shí)便開(kāi)始了。
此外，該增益集中在這種振蕩模式以有效壓制任何其它模式的振蕩。在包含半導(dǎo)體激光器200具有10微米半徑的器件中，當(dāng)該有源層厚0.1微米時(shí)，該振蕩門(mén)限電流是0.8mA。當(dāng)被應(yīng)用于30度每秒的旋轉(zhuǎn)，這相當(dāng)于照相機(jī)的震動(dòng)或是汽車(chē)的震動(dòng)，用3mA的驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，從該電極端獲得了電壓幅度為100mV，頻率為43.0Hz的信號(hào)。
(例10)現(xiàn)在，參照?qǐng)D23至30，將描述制備圖22所示的回旋器的方法，它具有中空環(huán)形諧振腔類(lèi)型半導(dǎo)體激光器。
首先引入具有多層結(jié)構(gòu)的襯底。該多層襯底包括具有在n-GaAs襯底101上形成的三層Al0.3Ga0.7As/GaAs的多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層113，一對(duì)Al0.3Ga0.7As的光導(dǎo)層123上下夾住該有源層，而該光波導(dǎo)層進(jìn)一步被p-Al0.5Ga0.5As包層115和n-Al0.5Ga0.5As包層112夾住(圖23)。圖23中的參照數(shù)字111代表在該襯底101上形成的n-GaAs緩沖層，參照數(shù)字116代表在上層包層115上形成的p-GaAs覆蓋層。
接著，在該覆蓋層116上形成Cr/Au層(或Ti/Pt/Au)作為陽(yáng)極121(圖24)。如圖25所示，隨后在其上涂上光刻膠141并進(jìn)行構(gòu)圖操作。接著，通過(guò)采用已構(gòu)圖的光刻膠141作為掩模對(duì)該陽(yáng)極121進(jìn)行干蝕操作(圖26)。
接下來(lái)，通過(guò)干蝕除去該半導(dǎo)體層(圖27)并去掉該光刻膠(圖28)。盡管在圖27中，留下了該緩沖層111，也可以將其刻蝕掉。在去掉該光刻膠層后，執(zhí)行氫氣氛下的退火以使其變?yōu)楹辖?。?duì)表面拋光后，需要通過(guò)淀積AuGeNi/Au來(lái)形成陰極122(圖29)。接著，再次執(zhí)行氫氣氛下的退火以使其變?yōu)楹辖?。再后?lái)，為了以電流，電壓或阻抗變化的形式檢測(cè)該半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的差頻信號(hào)，配置了端子150(圖30)。從端子150輸出的差頻信號(hào)以電流，電壓或阻抗變化的形式被檢測(cè)電路(圖中未顯示)檢測(cè)到。
這樣，如圖22所示，形成了具有環(huán)形諧振腔類(lèi)型半導(dǎo)體激光器200的光回旋管。請(qǐng)注意，圖22顯示的只有有源層113，而該上下夾住它的包層等均從圖22中省去了。
當(dāng)該波導(dǎo)寬度為5微米，每個(gè)橫邊長(zhǎng)度為400微米時(shí)，該振蕩門(mén)限值是4mA。當(dāng)被應(yīng)用于30度每秒的旋轉(zhuǎn)，相當(dāng)于照相機(jī)的抖動(dòng)或汽車(chē)的震動(dòng)，用5mA的驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，從該電極端獲得了電壓幅度為100mV，頻率為860Hz的信號(hào)。這樣，實(shí)現(xiàn)了具有低振蕩門(mén)限電流的光回旋管。盡管在此例中，為了減小該有源層的體積并用小電流來(lái)驅(qū)動(dòng)該器件，該有源層形狀是環(huán)形的，同樣可以采用不需要中空?qǐng)A柱輪廓，而是通過(guò)將諸如質(zhì)子等離子注入到該半導(dǎo)體激光器的中央部分來(lái)提高其電阻值，以使注入的電流絕大部分被注入到該器件的外圍，這同樣可以實(shí)現(xiàn)用小電流驅(qū)動(dòng)的器件。
如圖4所示，當(dāng)波導(dǎo)為錐形不對(duì)稱(chēng)時(shí)，即使保持靜態(tài)，該器件也產(chǎn)生差頻頻率。這樣，該器件既可以用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的靈敏度，同樣可以檢測(cè)角速度。
為了檢測(cè)該激光器件端子電壓的頻率變化，可以安排已知的F/V轉(zhuǎn)換器電路。
除上述的反應(yīng)離子束刻蝕(RIBE)外，也可以采用包括濕蝕，氣體刻蝕，等離子體刻蝕，濺射和反應(yīng)離子刻蝕(RIE)等刻蝕工藝來(lái)形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)。
為了本發(fā)明的目的，用于形成該有源層的其他材料包括，GaAs，InP，ZnSe，AlGaAs，InGaAsP，InGaAlP，GaAsP，InGaAsSb，AlGaAsSb，InAsSbP，PbSnTe，GaN，GaAlN，InGaN，InAlGaN，GaInP，GaInAs和SiGe。
用于本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器的有源層結(jié)構(gòu)不限于體結(jié)構(gòu)；也可以使用單量子阱結(jié)構(gòu)(SQW)或多量子阱結(jié)構(gòu)(MQW)。
如果單量子阱類(lèi)型激光器用于本發(fā)明，優(yōu)選具有強(qiáng)相互作用的量子阱結(jié)構(gòu)。例如，采用具有約1％壓縮應(yīng)力的八個(gè)InGaAsP量子阱層和InGaAsP勢(shì)壘層。另外，為了本發(fā)明，可以采用MIS結(jié)構(gòu)。
對(duì)于襯底，只要能夠在其上生長(zhǎng)所需的材料，任何襯底都可以用于本發(fā)明。用于本發(fā)明目的的襯底包括化合物半導(dǎo)體襯底，例如GaAs襯底，InP襯底，GaSb襯底，InAs襯底，PbTe襯底，GaN襯底，ZnSe襯底，ZnS襯底，此外，SiC襯底，4H-SiC襯底，6H-SiC襯底，藍(lán)寶石襯底，硅襯底和SOI(絕緣體上外延硅)襯底。
根據(jù)本發(fā)明，形成半導(dǎo)體激光器的有源層或類(lèi)似層的工藝包括液相外延(LPE)，分子束外延(MBE)，金屬有機(jī)汽相外延(MOCVD，MOVPE)，原子層外延(ALE)，金屬有機(jī)分子束外延(MOMBE)和化學(xué)束外延(CBE)。
根據(jù)本發(fā)明，用于形成半導(dǎo)體激光器的陽(yáng)極材料包括，Cr/Au，Ti/Pt/Au和AuZn/Ti/Pt/Au。根據(jù)本發(fā)明，用于形成半導(dǎo)體激光器陰極的材料包括，AuGe/Ni/Au和AuSn/Mo/Au。
請(qǐng)注意，本發(fā)明并不限于上述所列工藝和材料。
電極安排也可以同附圖中相反，這由該襯底和/或該有源層的導(dǎo)電性決定。
更確切地說(shuō)，當(dāng)陰極位于圖中襯底的下邊時(shí)，電極安排也可以同附圖中相反，這由該襯底的類(lèi)型決定。
為了防止該半導(dǎo)體激光器過(guò)熱，半導(dǎo)體激光器芯片優(yōu)選做在熱發(fā)射部件(熱沉)上。如果采用，該熱沉可以由Cu，Si，SiC，AlN或金剛石組成，盡管該熱沉不限于這些材料。如有必要，為了控制該器件的溫度，可以使用Peltier器件。
為了確保全反射和/或防止半導(dǎo)體激光器的退化，在半導(dǎo)體側(cè)面(有光處)上優(yōu)選形成絕緣膜(涂層)。用于本發(fā)明的組成該絕緣層的材料包括SiO2，SiN，Al2O3和Si3N4以及非晶硅(α-硅)。
正如上面具體描述的，根據(jù)本發(fā)明，臺(tái)面的上層表面和電極應(yīng)該差不多一樣大，以省去掩模的對(duì)準(zhǔn)。換句話(huà)說(shuō)，本發(fā)明提供了采用自對(duì)準(zhǔn)工藝的制造半導(dǎo)體器件的方法，用該方法可在半導(dǎo)體光激光器之臺(tái)面上形成電極。因此，根據(jù)本發(fā)明，提供了保證高位置精度和減少制造步驟數(shù)目的制造半導(dǎo)體器件的方法。
(例11)通過(guò)使用光晶體組成用于轉(zhuǎn)換光通路的光開(kāi)關(guān)。光晶體具有這樣的結(jié)構(gòu)，同振蕩波長(zhǎng)(在GaAs晶體中振蕩波長(zhǎng)為0.85微米的激光束波長(zhǎng)為0.85微米/3＝0.243微米)相等大小的單元結(jié)構(gòu)周期性排列。這樣，本發(fā)明提供了在用于電氣控制微小結(jié)構(gòu)時(shí)相當(dāng)可行的制造方法。通過(guò)正向偏置將電流注入該光晶體或反向偏置應(yīng)用電壓可以調(diào)制折射率，從而根據(jù)Snell定律，改變光束的傳播方向。
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟在襯底上制備具有至少一個(gè)半導(dǎo)體層的部件；在所述半導(dǎo)體層上形成電極層；在所述電極層上形成刻蝕掩模；通過(guò)刻蝕所述電極層和所述半導(dǎo)體層形成臺(tái)面輪廓。
2.權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述刻蝕掩模在所述電極層上形成保護(hù)薄膜后形成。
3.權(quán)利要求2的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述保護(hù)薄膜從由絕緣薄膜和介質(zhì)薄膜組成的組中選出。
4.權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在形成所述臺(tái)面輪廓后在所述襯底的底面下形成電極層。
5.權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述半導(dǎo)體為多層結(jié)構(gòu)。
6.權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述半導(dǎo)體層包括下包層，有源層和上包層。
7.權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括在形成所述臺(tái)面后除去所述刻蝕掩模的步驟。
8.權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中刻蝕掉所述電極層和所述半導(dǎo)體層后暴露所述刻蝕掩模下的保護(hù)薄膜。
9.權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述刻蝕掩模由光刻膠制成。
10.由權(quán)利要求1至9中任一方法制備的半導(dǎo)體器件。
11.由權(quán)利要求1至9中任一方法制備的半導(dǎo)體器件，其中組成所述臺(tái)面的所述半導(dǎo)體層和所述電極層具有相同的寬度。
12.由權(quán)利要求1中制造半導(dǎo)體器件的方法制備的包含環(huán)形諧振腔型半導(dǎo)體激光器的回旋管。
13.權(quán)利要求12的回旋管，其中所述激光器具有環(huán)形有源層。
14.權(quán)利要求12的回旋管，其中所述激光器在其波導(dǎo)內(nèi)具有不對(duì)稱(chēng)的錐形部分。
15.光回旋管，包括用權(quán)利要求12的方法制備的包含環(huán)形諧振腔類(lèi)型的半導(dǎo)體激光器以及以從電流改變，電壓改變和阻抗改變組成的組中選擇的形式檢測(cè)所述半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的差頻信號(hào)的裝置。
16.半導(dǎo)體光器件的制造方法，包括以下步驟在襯底上形成至少一個(gè)半導(dǎo)體層的第一薄膜形成步驟；在所述半導(dǎo)體層上形成第一電極材料膜的第二薄膜形成步驟；在所述第一電極材料上形成保護(hù)薄膜的第三薄膜形成步驟；選擇性形成刻蝕掩模的步驟；選擇性刻蝕所述保護(hù)薄膜的第一刻蝕步驟；選擇性刻蝕所述第一電極材料的第二刻蝕步驟；將所述半導(dǎo)體層刻蝕至預(yù)定深度的第三刻蝕步驟；除去所述刻蝕掩模和所述保護(hù)薄膜的步驟；以及在所述襯底上形成第二電極的步驟。
17.權(quán)利要求16的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中完全除去所述刻蝕掩模，以便在從由所述第二和第三刻蝕步驟組成的組合中選擇的某一步驟來(lái)暴露所述保護(hù)薄膜，并且隨后的第三刻蝕步驟將所述保護(hù)薄膜除去。
18.權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述部件是具有至少一個(gè)半導(dǎo)體層的晶片。
全文摘要
制造半導(dǎo)體器件的方法,包括以下步驟,在襯底上制備具有至少一個(gè)半導(dǎo)體層的部件,在該半導(dǎo)體層上形成電極層,在該電極層上形成刻蝕掩模,通過(guò)刻蝕該電極層和半導(dǎo)體層形成臺(tái)面。
文檔編號(hào)H01S5/042GK1271193SQ0010684
公開(kāi)日2000年10月25日 申請(qǐng)日期2000年4月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月19日
發(fā)明者沼居貴陽(yáng) 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社