專利名稱：表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器及其制造方法，特別是涉及能精密地形成微小電流狹窄結(jié)構(gòu)的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器及其制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體發(fā)光二極管等半導(dǎo)體發(fā)光元件在以光通信領(lǐng)域為首，CD(Compact Disc)或DVD(Digital Versatile Disc)等光盤系統(tǒng)或條形碼讀出器中廣泛應(yīng)用。
在這種半導(dǎo)體發(fā)光元件中，“表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器”是通過設(shè)置在有源層上下的反射鏡來構(gòu)成共振器結(jié)構(gòu)的，光在垂直于襯底的方向上射出。
該表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器能在襯底上二維地集成多個激光器元件，所以作為高速光LAN(Local Area Network)或光互連等光電子領(lǐng)域的主要器件而非常引人注目。
下面舉例說明作為這種表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的特征。
即與端面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器相比具有多個優(yōu)點閾值低、耗電少、發(fā)光效率高、能高速調(diào)制、光束擴(kuò)展小、與光纖的耦合容易，適合于大批量生產(chǎn)等。
在這種表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器中，需要用于使電流集中于發(fā)光區(qū)域的“電流狹窄部”。作為形成該電流狹窄部的方法，主要使用質(zhì)子(氫離子)注入方式和選擇氧化方式等兩種方式(例如參照專利文獻(xiàn)1～3)。
專利文獻(xiàn)1-特開平9-266350號公報。
專利文獻(xiàn)2-特開2000-332355號公報。
專利文獻(xiàn)3-特開2001-93897號公報。
當(dāng)為質(zhì)子注入方式時，通過注入質(zhì)子的區(qū)域高電阻化，能形成電流狹窄部。此時，通過所謂的“熱透鏡效應(yīng)”，在電流流過區(qū)域和它的周圍區(qū)域之間產(chǎn)生很小的折射率差，形成弱的光關(guān)閉狀態(tài)。質(zhì)子注入方式的特征在于通過該弱的光關(guān)閉，即使非質(zhì)子注入?yún)^(qū)域(電流狹窄區(qū)域)的直徑擴(kuò)展到10μm左右，也能取得穩(wěn)定的橫模式。
而當(dāng)為選擇氧化方式時，通過有選擇地氧化有源層附近的半導(dǎo)體多層膜的一部分，取得光和電流同時困入狹窄的區(qū)域中的2重關(guān)閉效應(yīng)。另外，因為形成折射率波導(dǎo)，所以在選擇氧化方式下，發(fā)生強的光關(guān)閉現(xiàn)象。因此，為了使橫模式穩(wěn)定，發(fā)光區(qū)域的直徑的典型值為5μm，與質(zhì)子注入方式相比，有必要變窄。即當(dāng)為選擇氧化方式時，為了實現(xiàn)橫模式控制，有必要使電流狹窄直徑微細(xì)化。
但是，把發(fā)光區(qū)域直徑形成5μm以下在工藝上是不可能的，發(fā)光區(qū)域的尺寸和形狀的控制性、再現(xiàn)性中存在問題，存在很難提高批量生產(chǎn)性、成品率的問題。
下面，簡單說明選擇氧化方式的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的制作方法，說明成為問題的發(fā)光區(qū)域直徑的尺寸和形狀控制性、再現(xiàn)性。
首先，在本導(dǎo)體襯底上依次生長半導(dǎo)體多層膜反射鏡、包層、半導(dǎo)體多層膜反射鏡、接觸層，制作激光晶片。此時，半導(dǎo)體多層膜反射鏡例如具有AlxGa1-xAs膜/AlyGa1-yAs膜的反復(fù)層疊結(jié)構(gòu)，另外，作為被氧化層，具有比構(gòu)成半導(dǎo)體多層膜反射鏡的膜的Al組成比大的AlxGa1-xAs(X＞0.95)膜。
接著，通過蝕刻形成臺面部，在水蒸汽環(huán)境中，把襯底加熱到400℃以上。通過這樣，構(gòu)成半導(dǎo)體多層膜反射鏡的半導(dǎo)體膜中Al組成比高的AlGaAs膜從臺面部的側(cè)面的露出部分有選擇地氧化，成為AlxGa1-xOy膜。其氧化速度根據(jù)Al的組成而顯著變化。例如作為AlxGa1-xAs，通過使x＝0.95～1，對包層或GaAs層幾乎無影響，能只有選擇地氧化Al高濃度層。
通過該橫向的選擇氧化步驟，從臺面的側(cè)面開始，被氧化層的氧化進(jìn)展，在臺面外周區(qū)域氧化的電流狹窄部、臺面中區(qū)域，形成未氧化區(qū)域即開口部。而且，通過適當(dāng)調(diào)整熱處理的溫度和時間，能控制以高濃度包含Al的被氧化層中的未被氧化的開口部形狀和大小。
如上所述，通過選擇氧化方式形成表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器時，形成臺面部，通過從臺面部的側(cè)壁有選擇地氧化以高濃度包含Al的AlAs層或AlGaAs層，制作電流狹窄結(jié)構(gòu)。
但是，在基于水蒸汽氧化的選擇氧化步驟中，根據(jù)襯底溫度、氧化層的膜厚、Al組成、水蒸汽的流量、氮氣的流量等，決定氧化速度，對該工藝的條件變化，氧化速度大受影響。因此，當(dāng)選擇氧化以高濃度包含Al的AlAs層或AlGaAs層時，存在很難以良好的再現(xiàn)性控制非氧化區(qū)域(開口部)的尺寸或形狀。
為了解決該問題，在以往的氧化工藝中以實時計測氧化工藝時被氧化區(qū)域的擴(kuò)展，嘗試著提高控制性。例如，在非專利文獻(xiàn)1中描述了利用AlAs層和Al2O3氧化層的折射率差、反射率差，通過CCD相機觀察實際的元件部分的像的方法。
Wright State Univ.，IEEE Photon Technol.Lett.10，p.197(1998)但是，即使用該方法也很難在半導(dǎo)體襯底的整個區(qū)域上控制元件的計測、尺寸或形狀，特別是當(dāng)電流狹窄部的尺寸形成在10μm以下時，氧化速度敏感地作用于工藝條件中，并且因為以下說明的“各向異性氧化”，而使高精度的控制極為困難。
即當(dāng)使用以高濃度包含Al的AlAs層或AlGaAs層作為選擇氧化層使用時，例如，在AlxGa1-xAs中(x＞0.94)層中，<100>軸方向的氧化比<110>軸方向的氧化速度快。這樣，對面方位，氧化速度不同，所以在選擇氧化工藝中，存在非氧化區(qū)域的形狀對氧化時間變化的問題。有關(guān)此點，后面將舉具體例進(jìn)一步說明。P3-0022另外，在選擇氧化方式的表面發(fā)光型激光器中，如果以水蒸汽氧化以高濃度包含AlAs或Al的AlGaAs層，則被氧化層的體積收縮，在上下層中產(chǎn)生變形。氧化層Alx(Ga)Oy與原來的Al(Ga)As層相比，產(chǎn)生體積收縮率(7％～13％左右)，所以氧化后，對有源層或臺面結(jié)構(gòu)的中心部作用壓縮應(yīng)力。為了有效地進(jìn)行電流狹窄，成為電流阻塞層的被氧化層有必要有某種程度的厚度，但是該層越厚，變形越大。而且，該變形集中在氧化層的頂端，被氧化層設(shè)置在離有源層0.2μm左右的非常近的距離，所以該變形影響有源層的電流最集中的區(qū)域，引起元件壽命的下降。
特別是對選擇氧化工藝后的熱工藝的耐性下降。因此，在以往的選擇氧化方式的表面發(fā)光型激光器中，由于伴隨著Al高濃度層(被氧化層)的氧化的體積收縮，對有源層、臺面結(jié)構(gòu)中心部作用壓縮應(yīng)力，導(dǎo)致元件的可靠性、壽命下降、耐熱性惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器通過設(shè)置從包含被氧化層的臺面的側(cè)面進(jìn)行所述被氧化層的氧化而形成的氧化區(qū)域，在所述被氧化層的未被氧化部分使電流狹窄，其特征在于所述被氧化層在實質(zhì)上包圍所述未被氧化部分的位置具有注入了質(zhì)子的質(zhì)子含有區(qū)域。
本發(fā)明的第二表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器包括第一和第二反射鏡、設(shè)置在所述第一和第二反射鏡之間的有源層、具有未被氧化的部分和設(shè)置在所述未被氧化的部分周圍的氧化的氧化區(qū)域的被氧化層，在所述未被氧化的部分使電流狹窄，在所述第一和第二反射鏡之間激光振蕩，其特征在于所述被氧化層在實質(zhì)上包圍所述未被氧化部分的位置具有注入了質(zhì)子的質(zhì)子含有區(qū)域。
另外，本發(fā)明的第三表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的特征在于 包括襯底、設(shè)置在所述襯底上的具有發(fā)光區(qū)域的有源層、夾持所述有源層并且構(gòu)成垂直于所述襯底的方向的共振器的第一和第二半導(dǎo)體多層膜反射鏡、用于向所述有源層注入電流的一對電極、設(shè)置在所述有源層的上或下的被氧化層，形成包含所述被氧化層的臺面，所述被氧化層具有從所述臺面的側(cè)面到所述發(fā)光區(qū)域附近的高電阻氧化區(qū)域、由所述氧化區(qū)域包圍的電阻低的未被氧化部分、設(shè)置在實質(zhì)上包圍所述未被氧化部分的位置的注入質(zhì)子的質(zhì)子含有區(qū)域。
而本法發(fā)明的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的制造方法，該表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器通過設(shè)置使被氧化層的一部分氧化而形成的氧化區(qū)域，在所述被氧化層的未被氧化部分使電流狹窄，其特征在于有選擇地向所述被氧化層導(dǎo)入質(zhì)子，形成質(zhì)子含有部的步驟；通過從所述被氧化層的端部到所述質(zhì)子含有部進(jìn)行氧化，形成所述氧化區(qū)域的步驟。


下面簡要說明附圖。
圖1是表示本發(fā)明實施例1的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)的模式圖，(a)是其平面圖，(b)是(a)的A-A’線剖視圖，(c)是放大(b)的電流狹窄部14附近的剖視圖。
圖2是表示本發(fā)明實施例中氧化被氧化層6a的步驟的步驟剖視圖。
圖3是表示以水蒸汽氧化以高濃度包含Al的AlGaAs層時的氧化長度對氧化時間的變化的曲線圖。
圖4是表示以水蒸汽氧化以高濃度包含Al的AlGaAs層時的氧化速度對含有質(zhì)子濃度的依存性的曲線圖。
圖5是表示向激光器的電流狹窄部14全體導(dǎo)入質(zhì)子的具體例的模式圖。
圖6是表示設(shè)置質(zhì)子注入?yún)^(qū)域的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的一例的模式圖。
圖7是表示不設(shè)置質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15，從其側(cè)面氧化圓柱狀的臺面100時的氧化區(qū)域600和電流狹窄部14的形狀對氧化時間的變化、各向異性氧化的樣子的剖視圖。
圖8是表示配合各向異性氧化速度設(shè)置質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15的圖案寬度的例子的模式圖。
圖9(a)是表示不設(shè)置質(zhì)子注入?yún)^(qū)域時的電流狹窄部14的形狀的平面圖，圖9(b)是表示使用傾斜襯底時的質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15的圖案的平面圖，圖9(c)是表示所需正方形的形狀和尺寸的電流狹窄部14的平面圖。
圖10是表示本發(fā)明的實施例1的變形例的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的模式圖。
圖11是本發(fā)明實施例2的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的模式圖，同一圖(a)是平面圖，(b)是(a)的A’-A線剖視圖，(c)是(a)的B’-B線剖視圖。
圖12是表示實施例2的變形例的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的模式圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖詳細(xì)來說明本發(fā)明的實施例。
(實施例1)圖1是表示本發(fā)明實施例1的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)的模式圖，(a)是其平面圖，(b)是(a)的A-A’線剖視圖，(c)是放大(b)的電流狹窄部14附近的剖視圖。
該表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器包括形成在襯底1上的具有發(fā)光區(qū)域13的半導(dǎo)體有源層4；夾持半導(dǎo)體有源層4，從形成垂直于襯底1的方向的共振器的半導(dǎo)體有源層4觀察，形成在相反一側(cè)的第一半導(dǎo)體多層膜反射鏡6；從半導(dǎo)體有源層4觀察，形成在襯底1一側(cè)的第二導(dǎo)體多層膜反射鏡2。在半導(dǎo)體有源層4的上下形成半導(dǎo)體包層3和半導(dǎo)體包層5。
導(dǎo)體多層膜反射鏡2、6具有交替層疊折射率不同的多種半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)。各半導(dǎo)體層對激光的波長，具有光學(xué)波長的1/4厚度。這種層膜反射鏡例如稱作DBR(distributed bragg reflector)。
在第一半導(dǎo)體多層膜反射鏡6上形成接觸層7，形成用于通過它們向發(fā)光區(qū)域13注入電流的接觸電極9。另外，形成接觸電極9，使發(fā)光區(qū)域13上開口。
在襯底1的背面一側(cè)形成電極10，通過第二導(dǎo)體多層膜反射鏡2，電流注入發(fā)光區(qū)域13中。
第一半導(dǎo)體多層膜反射鏡6、半導(dǎo)體有源層4、半導(dǎo)體包層3和半導(dǎo)體包層5形成凸?fàn)畹呐_面部100。在包含第一半導(dǎo)體多層膜反射鏡6和半導(dǎo)體有源層4的臺面部100的周邊設(shè)置臺面形成用的蝕刻區(qū)域12。
構(gòu)成第一半導(dǎo)體多層膜反射鏡6的半導(dǎo)體層的任意一個為以高濃度包含鋁(Al)的被氧化層6a。被氧化層6a具有從臺面部100的側(cè)壁向發(fā)光區(qū)域13橫向氧化形成的氧化區(qū)域600，其內(nèi)側(cè)為電流狹窄部14。而且，在氧化區(qū)域600的前端部形成質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15。質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15具有使被氧化層6a的氧化速度下降，控制電流狹窄部14的開口形狀的功能。通過這樣形成的電流狹窄部14，能減小到發(fā)光區(qū)域13的電流。
須指出的是，在圖1中，表示了設(shè)置3層被氧化層6a的情形，但是本發(fā)明并不局限于此，被氧化層6a可以只有1層，或設(shè)置2層或4層以上。
在臺面形成用的蝕刻區(qū)域12的表面形成聚酰亞胺11，在其上形成結(jié)合區(qū)17。結(jié)合區(qū)17通過布線9a與接觸電極9連接。
本實施例的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器具有質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15，所以當(dāng)從臺面部100的側(cè)壁向發(fā)光區(qū)域13橫向氧化被氧化層6a時，在被氧化層6a中，在注入質(zhì)子的部分16，氧化速度能與質(zhì)子濃度成比例大幅度減小。
圖2是表示本實施例中氧化被氧化層6a的步驟的步驟剖視圖。即如圖2(a)所示，被氧化層6a的端面在臺面的側(cè)面露出，在臺面內(nèi)部形成注入質(zhì)子的質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15，在被氧化層6a中也設(shè)置導(dǎo)入質(zhì)子的部分16。
在該狀態(tài)下，如圖2(b)所示，如果從在臺面?zhèn)让媛冻龅谋谎趸瘜?a的端面使氧化進(jìn)行，則氧化區(qū)域600向同一圖中用箭頭表示的方向擴(kuò)展。
而且，如圖2(c)所示，如果氧化區(qū)域600到達(dá)質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15，則氧化速度下降，能容易地使氧化區(qū)域600的頂端停止在該區(qū)域15內(nèi)。如后所述，在本發(fā)明中，通過1×1018/cm3左右的較低濃度的質(zhì)子的存在，能使氧化速度減小到五分之一。因此，在質(zhì)子注入?yún)^(qū)域中，能容易地使氧化停止。
作為結(jié)果，當(dāng)從臺面部100的側(cè)壁氧化被氧化層6a，形成電流狹窄部14時，能精密控制發(fā)光區(qū)域13的尺寸和形狀。另外，能在同一晶片上形成的多個元件間抑制電流狹窄部14的尺寸的“偏移”，并且也能抑制各向異性氧化引起的電流狹窄部14的形狀的變形。
因此，在選擇氧化方式的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的制作中，出射光束圖案的尺寸和形狀的控制性、均勻性、再現(xiàn)性提高，有關(guān)振蕩閾值、光輸出、橫模式控制等激光特性，也抑制了元件間的偏移，能以高成品率大量生產(chǎn)高性能的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器元件。
圖3是表示以水蒸汽氧化以高濃度包含Al的AlGaAs層時的氧化長度對氧化時間的變化的曲線圖。在此，“氧化長度”是指從暴露在水蒸汽環(huán)境中的AlGaAs的端面測定的氧化部分的長度。從圖3可知，氧化速度的再現(xiàn)性，包括正負(fù)10％的誤差，在現(xiàn)有的氧化工藝中，很難以高精度來控制再現(xiàn)性。
例如，當(dāng)設(shè)制作臺面部100為45μm的正方形，電流狹窄部14的開口為5μm正方形時，從側(cè)壁開始的被氧化層6a的氧化長度設(shè)定為20μm。在被氧化層6a的氧化速度的再現(xiàn)性中通常產(chǎn)生大約正負(fù)10％左右的誤差。此時，當(dāng)不具有質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15的選擇氧化工藝步驟時，氧化長度為20μm加減2μm(即18μm～22μm)。因此，電流狹窄部14(開口部)的尺寸變?yōu)?臺面尺寸45)-2×(氧化長度20加減2)＝5加減4μm，電流狹窄部14的尺寸精度對目標(biāo)值也變動正負(fù)80％。這樣，如果所需電流狹窄部14的尺寸(光束尺寸)變?yōu)?0μm以下，則對目標(biāo)值的實際尺寸的變動率變得非常大。
而在本實施例的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器中，具有質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15，所以當(dāng)從臺面部100的側(cè)壁向發(fā)光區(qū)域13橫向選擇氧化被氧化層6a時，在注入質(zhì)子的部分16中，被氧化層6a的氧化速度與含有質(zhì)子濃度幾乎成比例減小。
圖4(a)是表示以水蒸汽氧化以高濃度包含Al的AlGaAs層時的氧化速度對含有質(zhì)子濃度的依存性的曲線圖。即同一圖的橫軸表示AlGaAs層中包含的質(zhì)子濃度，縱軸表示以不含質(zhì)子時的氧化速度為“1”時的相對氧化速度。
從圖4(a)可知，在以高濃度包含Al的AlGaAs層的氧化速度中，通過導(dǎo)入質(zhì)子變?yōu)?×1018/cm3左右的濃度，能大幅度減小到約20％左右的速度。
以往，使用通過注入質(zhì)子，使半導(dǎo)體層高電阻化的技術(shù)。為了實現(xiàn)高電阻化，最典型的是有必要注入1×1015/cm2左右的質(zhì)子。如果把它換算為濃度，為接近1×1020/cm3左右的濃度。
而根據(jù)本發(fā)明，通過它的1/10乃至1/100左右的量的質(zhì)子，能充分使半導(dǎo)體層的氧化減速。即如后面作為具體例列舉的那樣，用5×1013/cm2左右的摻雜量，能使質(zhì)子的濃度為1×1018/cm3，能充分使半導(dǎo)體層的氧化減速。
即根據(jù)本發(fā)明，不使半導(dǎo)體層高電阻化，能降低氧化速度。因此，也能對激光器的有源區(qū)域全體注入質(zhì)子。
圖5是表示向激光器的電流狹窄部14全體導(dǎo)入質(zhì)子的具體例的模式圖。即圖5(a)是它的主要部分平面圖，圖5(b)是它的局部放大圖，圖5(c)和(d)分別是(a)以及(b)的A-A’線剖視圖。
在本具體例中，覆蓋電流狹窄部14全體設(shè)置有質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15。如果適當(dāng)調(diào)節(jié)質(zhì)子的注入量，則不會過分提高電流狹窄部14的電阻，阻止氧化的進(jìn)行，精密地形成給定的電流狹窄結(jié)構(gòu)。
圖4(b)是把本實施例與以往例(圖3)一起表示氧化長度對Al(Ga)As層氧化時間的變化的再現(xiàn)性的曲線圖。
在本實施例中，通過在被氧化層6a即AlGaAs層的質(zhì)子注入部分16抑制氧化的進(jìn)行，能把從氧化長度的目標(biāo)值的變動從正負(fù)2μm抑制到正負(fù)0.8μm即一半以下。
圖6是表示設(shè)置質(zhì)子注入?yún)^(qū)域的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的一例的模式圖。圖6(a)是它的主要部分平面圖，圖6(b)是它的局部放大圖，圖6(c)和(d)分別是(a)以及(b)的A-A’線剖視圖。
如圖6所示，在從4μm的正方形到6μm正方形之間的2μm寬度的區(qū)域中進(jìn)行質(zhì)子注入，注入從4μm的正方形到6μm正方形內(nèi)的被氧化層6a、Al(Ga)As層中的質(zhì)子濃度為1×1018/cm3。另外，氧化速度的再現(xiàn)性如果為通常的正負(fù)10％內(nèi)的精度，則通過在電流狹窄部14變?yōu)樗璩叽绲膮^(qū)域中形成質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15(16)，抑制氧化的進(jìn)行，作為結(jié)果，氧化長度以20加減0.8μm(即19.2μm～20.8μm)的精度再現(xiàn)。即電流狹窄部14的開口直徑為(臺面直徑45μm)-(氧化長度20加減0.8μm)＝5加減1.6μm。
此時，對目標(biāo)值的變動率收斂在正負(fù)32％，與以往的80％相比，實現(xiàn)了約50％的改善，大幅度抑制電流狹窄部的尺寸的控制性。
另外，本發(fā)明當(dāng)對目標(biāo)值的尺寸變動率增大為10μm以下時，在實現(xiàn)電流狹窄部14的開口直徑的控制性、再現(xiàn)性、均勻性的提高上，非常有效。通過把電流狹窄直徑縮小到10μm以下，取得2重關(guān)閉效應(yīng)，能實現(xiàn)極低的閾值電流動作(亞mA)等高性能化。
而根據(jù)本實施例，也能修正各向異性氧化引起的形狀的變形。
圖7是表示不設(shè)置質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15，從其側(cè)面氧化圓柱狀的臺面100的被氧化層時的氧化區(qū)域600和電流狹窄部14的形狀對氧化時間的變化、各向異性氧化的樣子的剖視圖。須指出的是，圖中符號12表示臺面周圍的襯底部。
伴隨著氧化時間的增加，氧化區(qū)域21擴(kuò)展，但是此時在用a和b表示的方向，氧化速度慢，非氧化區(qū)域14變?yōu)橐杂胊和b表示的方向為頂角的菱形形狀。另外，如果氧化時間變長，則該菱形的縱橫差擴(kuò)大。
這樣，在選擇氧化方式下很難控制氧化區(qū)域的尺寸和成為發(fā)光區(qū)域的形狀，發(fā)光區(qū)域(非氧化區(qū)域或電流狹窄部或出射光束)尺寸和形狀、橫模式控制很難，存在容易產(chǎn)生振蕩閾值、光輸出等激光特性的“偏移”的問題。
而根據(jù)本實施例，通過按照面方位的氧化速度，調(diào)整質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15的圖案尺寸或配置，能修正。在以所述具體例同樣的臺面尺寸45μm的正方形，選擇氧化5μm的正方形的電流狹窄部14，形成時，如圖8(a)～(d)所示，對氧化速度快的方位，質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15的寬度為4μm～6μm的2μm寬度，對氧化速度慢的方位，為5μm～6μm的1μm寬度。即配合各向異性氧化速度設(shè)定質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15的圖案寬度。
此時，進(jìn)行離子注入，使注入被氧化層6a即Al(Ga)As層中的質(zhì)子濃度為1×1018/cm3，進(jìn)行選擇氧化步驟時，與以往例相比，能緩和電流狹窄部14的各向異性，取得所需的正方形形狀和尺寸的電流狹窄部14。更具體地說，通過調(diào)節(jié)質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15的圖案，各向異性氧化引起的電流狹窄部14的形狀變形在以往例中，在縱和橫產(chǎn)生0.7μm的尺寸差，但是在本實施例中減小到0.1μm。
另外，作為襯底1，當(dāng)使用從通常的(100)面等面方位的襯底傾斜任意角度的傾斜襯底1時，各向異性氧化引起的形狀變形變得更顯著。例如，在圓形的臺面結(jié)構(gòu)中，如圖9(a)所示，開口部(電流狹窄部14)的形狀變?yōu)樽冃蔚牧庑?在此的傾斜角例如為10°左右)。
而在本實施例中，首先求出傾斜襯底的各面方位的氧化速度，決定質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15的圖案，以便取得所需的尺寸和形狀。
圖9(b)是表示使用傾斜襯底時的質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15的圖案的平面圖。使用該圖案，以在被氧化層6a的質(zhì)子注入部分16取得所需濃度的條件進(jìn)行離子注入處理后，從臺面?zhèn)让孢M(jìn)行選擇氧化工藝。作為結(jié)果，如圖9(c)所示，取得所需的正方形形狀和尺寸的電流狹窄部14。例如，在以往例(圖9(a))中，縱和橫約產(chǎn)生1.1μm的尺寸差，但是在本實施例(圖9(c))中，能把縱和橫的尺寸差減小到0.1μm。
此時，為了提高氧化速度的控制性，有關(guān)被氧化層6a的質(zhì)子注入部分16的質(zhì)子濃度和尺寸，適合跨寬度1～10μm設(shè)置濃度為1×1017/cm3以上的區(qū)域，成為適合于不使氧化時間和元件電阻增大的條件。
下面，具體說明圖1所示的本實施例的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的制造方法。
首先，在洗凈的厚度400μm的直徑3英寸、面方位(100)的n型GaAs襯底1之上，使用MOCVD裝置依次形成n型的導(dǎo)體多層膜反射鏡2、包層3、半導(dǎo)體有源層4、包層5、成為電流狹窄部14的被氧化層6a、p型的導(dǎo)體多層膜反射鏡6、接觸層7。
作為一個例子，說明以在由半導(dǎo)體有源層4和包層3以及5構(gòu)成的共振器上下配置半導(dǎo)體多層膜反射鏡2和6的結(jié)構(gòu)作為基本結(jié)構(gòu)，形成1.3μm頻帶的GaInNAs表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的具體例。
此時，半導(dǎo)體多層膜反射鏡2以波長1.3μm的光學(xué)波長1/4的厚度交替層疊n型GaAs層(高折射率層)和n型AlyGa1-yAs(0＜y＜1)(低折射率層)的結(jié)構(gòu)。在本具體例中，能使用Al組成比y＝0.94的Al0.94Ga0.06As層作為低折射率層。
另外，作為半導(dǎo)體多層膜反射鏡2的n型摻雜物，使用硅(Si)，摻雜濃度為2×1018/cm3，包層3為n型GaInP。
半導(dǎo)體有源層4為交替層疊發(fā)光峰值波長調(diào)整為1.3μm的GaxIn1-xAsyN1-y(0≤x≤1，0≤y＜1)層、作為勢壘層的GaAs層的量子井結(jié)構(gòu)。在此，以GaxIn1-xAsyN1-y(0≤x≤1，0≤y＜1)層為中心，在其上下層GaAs層的3層結(jié)構(gòu)。量子井層GaxIn1-xAsyN1-y(0≤x≤1，0≤y＜1)層的In組成比為30％～35％，氮(N)組成為0.5～1.0％，厚度為7nm。
控制組成，使該GaxIn1-xAsyN1-y(0≤x≤1，0≤y＜1)層的晶格常數(shù)比n型GaAs襯底1大，設(shè)為存在約2.5％的壓縮變形的組成Ga0.66In0.34As0.99N0.01。通過這樣導(dǎo)入變形，激光器的微分增益系數(shù)增大，與無邊形時比較，能進(jìn)一步減小閾值電流值。
包層5為p型GaInp。另外，半導(dǎo)體多層膜反射鏡6能采用以波長1.3μm的光學(xué)波長1/4的厚度交替層疊p型GaAs層(高折射率層)和p型AlyGa1-yAs(0＜y＜1)(低折射率層)的結(jié)構(gòu)。與n型導(dǎo)體多層膜反射鏡2相同，能把Al組成y＝0.94的Al0.94Ga0.06As層作為低折射率層使用。
另外，作為導(dǎo)體多層膜反射鏡6的p型摻雜層，使用碳(C)，它的摻雜濃度為2×1018/cm3(量子井層3附近)～1×1019/cm3(接觸層7)附近，在深度方向變化。
被氧化層6a通過進(jìn)一步增大構(gòu)成半導(dǎo)體多層膜反射鏡6的AlGaAs層中的任意1層或多層的Al組成比x，形成被氧化層6a。具體地說，作為被氧化層6a，能使用AlxGa1-xAs(x＞0.98)。在本具體例中，使用AlAs層。接觸層7為p型GaAs層，作為p型摻雜物，使用C(碳)，摻雜濃度為2×1019/cm3。
接著，通過光刻和蝕刻步驟，進(jìn)行蝕刻直到n型導(dǎo)體多層膜反射鏡2的上部，形成臺面100。具體地說，例如通過ICP(Inductively Coupled Plasma)等離子體蝕刻裝置，進(jìn)行基于三氯化硼和氮混合氣體的蝕刻處理。此時，通過調(diào)整天線輸出、偏壓輸出、襯底溫度，根據(jù)各向異性蝕刻產(chǎn)生的條件，形成臺面100。在此，為了進(jìn)行電流狹窄部14為5μm正方形的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，垂直進(jìn)行蝕刻，以便取得45μm的正方形臺面部100。
接著，形成質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15。在此，把SiO2膜8和抗蝕劑圖用于底層掩膜，進(jìn)行質(zhì)子的底層注入。在以下的步驟的選擇氧化中，在本步驟中形成的被氧化層6a的質(zhì)子注入部分16中，氧化速度與質(zhì)子濃度成比例大幅度降低。如同有關(guān)圖4(a)所述，如果觀察襯底溫度400℃的AlGaAs層6a的氧化速度的質(zhì)子濃度依存性，則質(zhì)子濃度為1×1017/cm3以上時，氧化濃度下降到1/3以下。
在1×1017/cm3～1×1018/cm3左右的質(zhì)子濃度下，比半導(dǎo)體多層膜反射鏡6的碳(C)的摻雜濃度低，注入?yún)^(qū)域幾乎不進(jìn)行高電阻化。即在注入質(zhì)子的部分，如果把質(zhì)子的濃度控制在給定的范圍，就能抑制被氧化層6a的氧化速度，并且元件電阻不會提高。另外，在質(zhì)子注入步驟中，通過加速電壓，能控制質(zhì)子的侵入深度、分布，另外通過摻雜量，能控制在電流狹窄部14重復(fù)的質(zhì)子濃度。
具體地說，使加速電壓為320keV，摻雜量為5×1013/cm2，來進(jìn)行離子注入，以便使被氧化層6a、AlAs(在此，位于離表面深度2.6μm)的離子注入?yún)^(qū)域16的質(zhì)子濃度變?yōu)?×1018/cm3。另外，在此，能適當(dāng)使用用于控制尺寸和各向異性氧化的質(zhì)子注入?yún)^(qū)域圖案。
接著，在水蒸汽環(huán)境中，進(jìn)行400℃～450℃的熱處理，從臺面部100的側(cè)面橫向選擇氧化被氧化層6a，形成氧化區(qū)域600。此時，具有質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15，所以從臺面部100的側(cè)壁向著發(fā)光區(qū)域13橫向氧化時，在被氧化層6a的質(zhì)子注入部分16中，氧化速度與質(zhì)子濃度成比例大幅度減小，通過調(diào)整氧化時間，氧化在質(zhì)子注入?yún)^(qū)域內(nèi)停止，取得所需的電流狹窄尺寸和形狀。
在以往的選擇氧化工藝中，在襯底面內(nèi)產(chǎn)生尺寸偏移，所以氧化長度的尺寸的均勻性差。而有關(guān)本實施例的元件，評價電流狹窄尺寸的面內(nèi)偏移(3英寸晶片面內(nèi))的結(jié)果為3σ值，與以往相比，改善了約40％，對面內(nèi)尺寸偏移，也有大的效果。另外，各向異性氧化引起的形狀變形也從縱橫尺寸差約0.7μm降低到約0.1μm。
接著，使用聚酰亞胺11掩埋臺面蝕刻部12，在其上形成結(jié)合區(qū)17。除去應(yīng)該形成布線部18和成為光取出口的p型半導(dǎo)體多層膜反射鏡6上的絕緣膜8，在p型GaAs接觸層7上形成p一側(cè)電極9。此時，同時形成連接結(jié)合區(qū)17和p一側(cè)電極9的布線18，然后，在襯底背面形成n一側(cè)電極10。
在這樣制作的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器中，在波長1.3μm下，由于有源層的壓縮變形導(dǎo)入效果，取得電流密度(1kA/cm2)下的室溫連續(xù)振蕩，高溫下的特性也良好。另外，改善通過各向異性氧化而產(chǎn)生的非氧化區(qū)域、出射光束圖案的形狀，取得所需的光束圖案形狀。結(jié)果，實現(xiàn)橫模式的穩(wěn)定化。另外，跨面內(nèi)區(qū)域，再現(xiàn)性好，尺寸和形狀均勻化，單一模式振蕩、閾值、光輸出等激光特性也均勻化，提高了高性能的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器元件的批量生產(chǎn)性。特別是電流狹窄部14包圍的光束直徑的尺寸在尺寸對目標(biāo)值的變動率增大為10μm以下時，在實現(xiàn)尺寸的控制性、再現(xiàn)性、均勻性的提高上，本發(fā)明是有效的。
圖10是表示本實施例的變形例的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的模式圖。即圖10是與圖1(b)對應(yīng)的剖視圖。
當(dāng)圖1(b)所示的結(jié)構(gòu)時，上部電極9的開口直徑與電流狹窄部14同等或比它大，上部電極9的頂端設(shè)置在質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15之上。
而在本變形例中，上部電極9的開口直徑比電流狹窄部14還小，上部電極9的頂端延伸到比質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15還靠內(nèi)側(cè)的發(fā)光區(qū)域之上。這樣，因為注入的質(zhì)子濃度沒有大到提供接觸電阻或電流狹窄路線的變化的程度，所以與圖1的結(jié)構(gòu)的元件同樣取得本發(fā)明的效果。
(實施例2)下面，說明本發(fā)明的實施例2。
圖11是本發(fā)明實施例2的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的模式圖，圖11(a)是平面圖，圖11(b)是圖11(a)的A’-A線剖視圖，圖11(c)是圖11(a)的B’-B線剖視圖。有關(guān)圖11，對與圖1～圖10中所述同樣的要素，采用同一符號，并省略了說明。
本實施例中，在包含第一半導(dǎo)體多層膜反射鏡6和半導(dǎo)體有源層4的臺面100的周圍設(shè)置凹部120。通過該凹部120，與臺面部100隔開形成周邊部50。另外，周邊部50也具有與臺面100相同的層疊結(jié)構(gòu)，臺面100的表面和該周邊部50的表面幾乎形成相同的高度。
在周邊部50上形成周邊電極9b。而且，通過布線部18連接接觸電極9和周邊電極9b。另外，周邊電極9b和結(jié)合區(qū)17通過布線部9a連接。
而在接觸層7上設(shè)置例如由氮化硅膜構(gòu)成的表面保護(hù)膜8。
這種表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器如箭頭19所示，從接觸電極9通過第一半導(dǎo)體多層膜反射鏡6向發(fā)光區(qū)域13注入電流而發(fā)光。
這種表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器在以幾乎同一水平形成接觸電極9、結(jié)合區(qū)17和布線部9a。因此，具有能防止布線的“斷開”的優(yōu)點。
另外，如圖11(c)所示，在連接接觸電極9和周邊電極9b的布線部18的下層，通過設(shè)置由質(zhì)子注入形成的高電阻區(qū)域150，能遮斷基于由箭頭22表示的電流路徑的電流成分。因此，在該表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器中，能只通過由箭頭19表示的電流路徑流過電流，能極高效地使電流狹窄，實現(xiàn)低閾值化、高速響應(yīng)性、批量生產(chǎn)性的提高。
另外，該表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器通過設(shè)置具有拉伸應(yīng)力的膜8，能緩和伴隨著選擇氧化工藝的熱工藝而產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力作用于有源層或臺面結(jié)構(gòu)中心部。另外，通過對被氧化層6a的質(zhì)子注入，能修正氧化區(qū)域的各向異性氧化形狀，抑制在界面的裂紋和破損，提高對選擇氧化步驟后的熱工藝的耐性，使元件的可靠性的提高、延長使用壽命成為可能。
另外，出射光束圖案的尺寸和形狀的控制性、均勻性、再現(xiàn)性提高，有關(guān)振蕩閾值、光輸出、橫模式控制等激光特性，抑制了元件間的偏移，高性能的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器元件的批量生產(chǎn)性提高。
下面，具體說明本表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的制作方法。
首先，在GaAs襯底1之上使半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)生長。其細(xì)節(jié)能與有關(guān)實施例1描述的相同。
接著，作為圖案形成用的蝕刻掩膜8，形成Si3N4膜，此時，通過調(diào)整原料氣體、SiH4、NH3、N2的壓力、流量，控制膜應(yīng)力，形成具有150MPa的拉伸應(yīng)力的膜?？紤]水蒸汽氧化工藝中蝕刻掩膜8和GaAs襯底1之間產(chǎn)生的熱應(yīng)力(thermal stress)σT，決定膜8的拉伸應(yīng)力的值。
例如，當(dāng)把水蒸汽氧化工藝溫度設(shè)定為420℃時，在Si3N4膜(EF＝160Gpa，αF＝2.7×10-7/K)和襯底GaAs(αs＝6.0×10-6/K)之間，產(chǎn)生σT＝-158Mpa的壓縮應(yīng)力。即對襯底1外加壓縮應(yīng)力。因此，為了緩和壓縮應(yīng)力，形成具有拉伸應(yīng)力的膜8，緩和作用于有源層4的壓縮應(yīng)力，提高耐熱性。另外，作為蝕刻掩膜8，通過形成具有拉伸應(yīng)力的膜，也緩和由于伴隨著以高濃度包含Al的被氧化層6a的氧化的體積收縮而作用于有源層4、臺面部100的中心部的壓縮應(yīng)力，抑制在界面的裂紋和破損，提高對選擇氧化工藝后的熱工藝的耐性，實現(xiàn)元件的可靠性提高、延長使用壽命。
而當(dāng)使用在以往例中使用的蝕刻掩膜的材料即SiO2薄膜(EF＝74Gpa，αF＝0.4×10-6/K)時，容易變?yōu)槌嗽谒羝趸に囍性谖g刻掩膜8和GaAs襯底1之間產(chǎn)生的熱應(yīng)力σT＝-124Mpa的壓縮應(yīng)力，成膜時的應(yīng)力也具有-200Mpa左右的壓縮應(yīng)力的膜。因此，在水蒸汽氧化工藝和工藝后，作用于有源層的壓縮應(yīng)力進(jìn)一步增大，耐熱性也減弱。
接著，形成質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15。在此，把Si3N4膜8和抗蝕劑作為掩膜使用，形成隔離用圖案150和選擇氧化控制用的質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15。
接著，通過離子注入裝置，向隔離用圖案部150分別以加速電壓100、200、300keV、摻雜量1×1015/cm2照射，注入質(zhì)子，形成高電阻區(qū)域150。此時，在深度0.5μm～2.5μm區(qū)域中均勻分布質(zhì)子，高電阻化達(dá)到深度約4μm附近(在本實施例中，從表面到有源層的深度約為3μm)。
另外，有關(guān)選擇氧化控制用的質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15，已加速電壓為320keV、摻雜量為5×1013/cm2的條件進(jìn)行離子注入，以便使被氧化層6a、AlAs層(離表面的深度2.6μm)的離子注入?yún)^(qū)域的質(zhì)子濃度變?yōu)?×1018/cm3。在氧化控制用的質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15的質(zhì)子注入條件下，是注入?yún)^(qū)域不被高電阻化的濃度。但是，從圖4(a)所示的Al(Ga)As層的氧化速度的質(zhì)子注入濃度依存性可知，氧化速度下降到1/3以下。
因此，能控制被氧化層6a的氧化速度，并且元件電阻不會升高。另外，在此為了抑制各向異性氧化，適當(dāng)設(shè)置質(zhì)子注入?yún)^(qū)域圖案。
接著，除去p一側(cè)電極9和光取出口23的部分的蝕刻掩膜8，在p型GaAs接觸層上構(gòu)圖形成p一側(cè)電極9，在保護(hù)膜8上形成布線部9a、周邊電極9b、布線部18和結(jié)合區(qū)17。
接著，通過同樣的光刻步驟，在蝕刻掩膜8上形成臺面圖案，進(jìn)行蝕刻直到n型半導(dǎo)體多層膜反射鏡2的上部，形成凹部120和由它包圍的臺面100。臺面圖案如上所述，能通過所述的ICP(Inductively Coupled Plasma)等離子體干蝕刻裝置，進(jìn)行基于三氯化硼和氮混合氣體的蝕刻處理。
另外，此時，通過調(diào)整天線輸出、偏壓輸出、襯底溫度，作為各向異性蝕刻產(chǎn)生的條件。在此，為了制作將電流狹窄部14作為Φ5μm的圓形的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，而進(jìn)行將臺面100作為Φ45μm的圓柱形的蝕刻。
接著，在水蒸汽環(huán)境中，進(jìn)行400℃～500℃的熱處理，從臺面?zhèn)让娴穆冻霾繖M向選擇氧化被氧化層6a，形成氧化區(qū)域600。此時，從側(cè)面開始的氧化長度為20μm，能形成5μm直徑的電流狹窄部(非氧化區(qū)域)14。根據(jù)本具體例，通過設(shè)置質(zhì)子注入部分16，與以往方式相比，在電流狹窄部14的面內(nèi)尺寸偏移(3英寸晶片面內(nèi))的3σ值方面，觀察到約40％的改善。
另外，各向異性氧化引起的形狀變形，在縱向和橫向在以往產(chǎn)生0.75μm的尺寸差，但是在本具體例中，減少到0.1μm。另外，在本具體例中，形成對稱性高的氧化區(qū)域600，所以由于被氧化層6a的體積收縮，作用于有源層和臺面結(jié)構(gòu)中心部的壓縮壓力更各向同性地作用。
接著，在襯底背面形成n一側(cè)電極10，激光器的主要部分完成。
這樣制作的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器除了在波長1.3μm，有源層4的壓縮變形導(dǎo)入的效果，通過在布線路徑下形成基于質(zhì)子注入的高電阻區(qū)域150，阻止泄漏電流22，取得低閾值電流密度、單一模式的室溫連續(xù)振蕩，高溫下的特性也良好。
另外，本實施例的結(jié)構(gòu)以幾乎同一水平形成接觸電極9、布線部18、周邊電極9b、布線部9a、結(jié)合區(qū)17，所以能提供不會斷開，并且批量生產(chǎn)性優(yōu)異的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器。
另外，有關(guān)實施例1，與所述同樣，改善了通過各向異性氧化而產(chǎn)生的電流狹窄部14、出射光束圖案的尺寸和形狀，取得所需圖案光束尺寸和形狀。因為形成對稱性高的氧化區(qū)域，所以選擇氧化工藝中的對有源層、臺面結(jié)構(gòu)中心部的應(yīng)力的作用變?yōu)楦飨蛲?。另外，通過形成具有拉伸應(yīng)力的膜(8)，各向同性地緩和壓縮應(yīng)力，所以能抑制在界面的裂紋和破損，提高對選擇氧化工藝后的熱工藝的耐性，提高元件的可靠性、延長使用壽命。對使用變形大的量子井層GaxIn1-xAsyN1-y(0≤x≤1，0≤y＜1)作為有源層的表面發(fā)光型激光器，本發(fā)明具有顯著效果。
另外，出射光束圖案的尺寸和形狀的控制性、均勻性、再現(xiàn)性提高，有關(guān)振蕩閾值、光輸出、橫模式控制等激光特性，也抑制了元件間的偏移，高性能的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器元件的批量生產(chǎn)性提高。當(dāng)光束直徑為10μm以下時，尺寸對目標(biāo)值的變動率增大，但是根據(jù)本實施例，能實現(xiàn)尺寸的控制性、再現(xiàn)性、均勻性的提高。
圖12是表示本實施例的變形例表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的模式圖。圖12(a)是平面圖，(b)是(a)的A’-A線剖視圖，(c)是(a)的B-B’線剖視圖。有關(guān)圖12，對有關(guān)圖1～圖11而描述的同樣的要素，采用同一符號，省略詳細(xì)的說明。
在本變形例中，在布線部18之下設(shè)置空洞200。即當(dāng)為圖11所示的激光器時，為了阻止向臺面區(qū)域外的泄漏電流22，在p一側(cè)電極的布線部18之下，通過質(zhì)子注入設(shè)置高電阻區(qū)域150。而在本變形例中，代替它設(shè)置空洞200。這樣也能阻止橫向的泄漏電流22。
此時，在水蒸汽氧化工藝后，形成隔離用的抗蝕圖，通過SH(硫酸和過氧化氫水的混合液體)溶液處理，通過蝕刻除去p一側(cè)電極的布線部18之下的GaAs接觸層7和上部半導(dǎo)體多層膜反射鏡6，能形成空洞200。通過在布線部18之下形成空洞200，能完全遮斷向虛擬臺面區(qū)域100的外側(cè)的泄漏電流22。
以上，參照圖1～圖12說明了本發(fā)明實施例。但本發(fā)明并不局限于這些具體例。
例如，在所述具體例中，作為有源層4，使用GaxIn1-xAsyN1-y(0≤x≤1，0≤y＜1)進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不局限于此，也可以使用InGaAlP系、AlGaAs或InGaAsP系等各種各樣的材料。
包層3和5、半導(dǎo)體多層膜反射鏡2和6也能使用各種材料。例如，作為半導(dǎo)體多層膜反射鏡2和6，并不局限于AlGaAs層和GaAs層的層疊結(jié)構(gòu)，能是不包含Al的折射率大的材料和小的材料的層疊結(jié)構(gòu)。另外，能使用GaInP/GaAs、GaInPAs/GaAs、GaInP/GaInAs、GaInP/GaPAs、GaInP/GaInAs、GaP/GaInNAs等組合。
另外，有關(guān)半導(dǎo)體層的生長方法，也能使用MBE(molecularbeam epitaxy)法等。另外，在上述的具體例中，作為層疊結(jié)構(gòu)，表示了3重量子井結(jié)構(gòu)的例子，但是也能使用采用了其他量子井的結(jié)構(gòu)等。
另外，說明了被氧化層6a為1層時的情形，但是為多層時，也能取得同樣的效果。
另外，作為電流狹窄部14，在本具體例中，主要列舉了為正方形時的情形，但是在圓形或長方形、橢圓等形狀下，也能進(jìn)行尺寸和形狀的控制。
另外，作為質(zhì)子注入?yún)^(qū)域的圖案，在上述的具體例中，列舉了形成1～2μm寬度的圖案的情形，但是按照所需尺寸精度或質(zhì)子濃度改變圖案寬度，也能取得同樣的效果。另外，有關(guān)質(zhì)子注入?yún)^(qū)域的圖案形狀，通過配合所需的形狀和用途，采用合適的圖案形狀，能取得大的效果。另外，有關(guān)從質(zhì)子注入?yún)^(qū)域表面開始的深度，通過配合被氧化層6a的位置或結(jié)構(gòu)或所需的質(zhì)子濃度，調(diào)整離子注入的加速電壓或摻雜量，取得了大的效果。
另外，有關(guān)像被氧化區(qū)域注入的質(zhì)子濃度，在此，使用1×1017/cm3～1×1018/cm3的濃度進(jìn)行了說明，但是據(jù)此，即使使用高濃度或低濃度的質(zhì)子，也取得同樣的效果。當(dāng)注入高濃度的質(zhì)子時，被氧化層6a的氧化速度大幅度下降，能在所需的位置抑制氧化的進(jìn)行，適合于進(jìn)一步提高電流狹窄部14的尺寸和形狀的控制性。
但是，當(dāng)與半導(dǎo)體多層膜反射鏡2、6的摻雜濃度相比，以更高濃度注入質(zhì)子時，注入?yún)^(qū)域高電阻化，電流很難流過，所以電流容易流過基于選擇氧化的電流狹窄部14，有必要調(diào)整注入?yún)^(qū)域15、上部電極9和光取出部23的位置或大小，以便縮小。
有關(guān)此點，例如如圖10所示，如果上部電極9的開口直徑比電流狹窄部14還小，延伸到比質(zhì)子注入?yún)^(qū)域15更靠內(nèi)側(cè)，則能導(dǎo)入比1×1018/cm3還高濃度的質(zhì)子。
另外，在上述的具體例中，作為被氧化層6a使用了AlAs層，但也可以使用Al組成比大的AlxGa1-xAs(x＞0.95)，按照質(zhì)子濃度，在水蒸汽氧化工藝中，氧化速度下降到相同程度，能取得與本發(fā)明同樣的效果。
另外，對經(jīng)過本領(lǐng)域技術(shù)人員適當(dāng)變更設(shè)計而獲得的所有的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，只要它不脫離本發(fā)明的主旨，就都應(yīng)視為包含在本發(fā)明之中。
權(quán)利要求
1.一種表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，通過設(shè)置從包含被氧化層的臺面的側(cè)面使所述被氧化層進(jìn)行氧化而形成的氧化區(qū)域，在所述被氧化層的未被氧化部分使電流狹窄，其特征在于所述被氧化層在實質(zhì)上包圍所述未被氧化部分的位置上具有注入了質(zhì)子的質(zhì)子含有區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述質(zhì)子含有區(qū)域有選擇地設(shè)置在所述氧化區(qū)域和所述未被氧化部分的邊界附近，沒有設(shè)置在所述未被氧化部分的中央附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，其特征在于還包括對所述有源層提供在沿著膜面的方向上拉伸的應(yīng)力的膜。
4.一種表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，通過設(shè)置從包含被氧化層的臺面的側(cè)面使所述被氧化層進(jìn)行氧化而形成的氧化區(qū)域，在所述被氧化層的未被氧化部分使電流狹窄，其特征在于所述被氧化層在所述未被氧化部分具有質(zhì)子濃度為1×1018/cm3以下的質(zhì)子含有區(qū)域。
5.一種表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，包括第一和第二反射鏡；設(shè)置在所述第一和第二反射鏡之間的有源層；和具有未被氧化的部分和設(shè)置在所述未被氧化的部分周圍的被氧化了的氧化區(qū)域的被氧化層；在所述未被氧化的部分使電流狹窄，在所述第一和第二反射鏡之間進(jìn)行激光振蕩，其特征在于所述被氧化層在實質(zhì)上包圍所述未被氧化部分的位置上具有注入了質(zhì)子的質(zhì)子含有區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述質(zhì)子含有區(qū)域有選擇地設(shè)置在所述氧化區(qū)域和所述未被氧化部分的邊界附近，沒有設(shè)置在所述未被氧化部分的中央附近。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述質(zhì)子含有區(qū)域設(shè)置在整個所述未被氧化部分上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述質(zhì)子含有區(qū)域的質(zhì)子濃度為1×1018/cm3以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，其特征在于還包括對所述有源層提供在沿著膜面的方向上拉伸的應(yīng)力的膜。
10.一種表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，其特征在于包括襯底；設(shè)置在所述襯底上的具有發(fā)光區(qū)域的有源層；夾持所述有源層，并構(gòu)成垂直于所述襯底方向的共振器的第一和第二半導(dǎo)體多層膜反射鏡；用于向所述有源層注入電流的一對電極；和設(shè)置在所述有源層的上方或下方的被氧化層；形成包含所述被氧化層的臺面；所述被氧化層具有從所述臺面的側(cè)面到所述發(fā)光區(qū)域附近的高電阻的氧化區(qū)域；由所述氧化區(qū)域包圍的低電阻的未被氧化部分；和設(shè)置在實質(zhì)上包圍所述未被氧化部分的位置上的、注入了質(zhì)子的質(zhì)子含有區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述質(zhì)子含有區(qū)域有選擇地設(shè)置在所述氧化區(qū)域和所述未被氧化部分的邊界附近，沒有設(shè)置在所述未被氧化部分的中央附近；所述一對電極中的設(shè)置在所述活性層上的電極具有用于向外部發(fā)射由所述有源層發(fā)射的光的開口；所述開口比所述未被氧化部分中的比所述質(zhì)子含有區(qū)域更靠內(nèi)側(cè)的部分還大。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述質(zhì)子含有區(qū)域有選擇地設(shè)置在所述氧化區(qū)域和所述未被氧化部分的邊界附近，沒有設(shè)置在所述未被氧化部分的中央附近。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述質(zhì)子含有區(qū)域設(shè)置在整個所述未被氧化部分上。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述質(zhì)子含有區(qū)域的質(zhì)子濃度為1×1018/cm3以下。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，其特征在于還包括對所述有源層提供在沿著膜面的方向上拉伸的應(yīng)力的膜。
16.一種表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的制造方法，通過設(shè)置使被氧化層的一部分氧化而形成的氧化區(qū)域，在所述被氧化層的未被氧化部分使電流狹窄，其特征在于向所述被氧化層有選擇地導(dǎo)入質(zhì)子來形成質(zhì)子含有部的步驟；通過從所述被氧化層的端部到所述質(zhì)子含有部進(jìn)行氧化，來形成所述氧化區(qū)域的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的制造方法，其特征在于所述質(zhì)子含有區(qū)域的質(zhì)子濃度為1×1018/cm3以下。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，通過設(shè)置從包含被氧化層(6a)的臺面(100)的側(cè)面使所述被氧化層進(jìn)行氧化而形成的氧化區(qū)域(600)，在所述被氧化層的未被氧化部分使電流狹窄，其特征在于在所述氧化區(qū)域和所述未被氧化部分的邊界附近設(shè)置有包含質(zhì)子的質(zhì)子含有區(qū)域(15、16)。通過提高所選擇的氧化中的氧化長度和電流狹窄(非氧化)區(qū)域的尺寸和形狀的控制性能，能提高襯底面內(nèi)的均勻性和再現(xiàn)性，抑制激光特性元件之間的誤差，提高產(chǎn)量及其再現(xiàn)性。
文檔編號H01S5/00GK1503415SQ20031011860
公開日2004年6月9日 申請日期2003年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月26日
發(fā)明者江崎瑞仙, 西垣亨彥, 高岡圭児, 彥 申請人:株式會社東芝