[发明专利]半导体激光装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造具有长期可靠性的大功率半导体激光装置的方法。

背景技术

半导体激光器被应用于诸如信息通信、印刷、加工、医疗应用等多种领域的装置中。为了改善这些装置的性能，有必要改善作为光源的半导体激光器的功率和可靠性。

通常，半导体激光器采用一种结构，在该结构中，有源层被夹在n型覆层和p型覆层之间。然后，这些层被层叠其上的衬底被解理，通过在有源层施加电流把解理面用作谐振平面就可以产生激光。那么，作为谐振平面的两个解理面中的一个成为激光输出部分。下一步，在两个解理面上覆盖一层介质膜，用来控制反射或抑制由于解理表面上的化学反应引起的随时间增加而出现的退化。

当在通常的大气环境中进行解理时，在解理表面上形成自然氧化膜。以GaAs化合物为例，在解理面上的自然氧化膜中存在高密度表面能级，这主要是由于Ga和As与氧结合引起的。这样，所发射的光被作为非辐射复合中心的自然氧化膜所吸收。由于光吸收，解理面的附近发热，并且有源区的禁带宽度减小，导致光吸收进一步增加。结果，解理面被熔融掉，导致激光输出明显退化。因此为了获得具有高可靠性的大功率半导体激光器，要特别预防形成在解理面上的自然氧化膜的形成。

常规地，为了防止形成自然氧化膜，采取下列工艺。即在高真空中进行解理后，在氧化膜形成之前解理面未暴露在空气中的情况下形成一层保护层；或者是在大气中进行解理后，利用电子束加热、激光照射或惰性气体等离子曝光的方法除去解理面上形成的自然氧化膜以形成保护膜。此外，另外一种方法也可以达到目的。即将解理面放入真空装置后，将该解理面暴露在400℃或400℃以上的卤素气体中。这样，氧化层通过热化学反应而去除，随后在其上形成化合物半导体层等。

然而，上面所提到的在高真空中进行的解理操作需要有赖于工艺时间的非常高的真空度，这导致需要高成本或需要对装置进行严格的控制。

再者，按照利用电子束加热、激光照射或用惰性气体等离子曝光的手段去除自然氧化膜以形成保护膜的方法，自然氧化膜或表面污染主要是利用物理方法去除。因此，令人担心的是在去除氧化膜和表面污染之外，会在表面层引入缺陷。尤其，采用上述方法，Ga和As的氧结合可以被去除，但引入的缺陷起一个复合中心作用。所以，有必要对工艺条件等进行精确控制，以改善这些方法。

此外，按照和卤素气体热化学反应的方法，由于必须将卤素气体加热到400℃或400℃以上，因此不能在解理操作进行之前形成电极。而是在形成由解理形成的谐振平面的保护膜之后才形成电极。因此存在工艺不便和工艺复杂的问题。

发明内容

本发明的提出在于解决上述问题。根据本发明，利用催化化学汽相淀积(CVD)装置，解理面上形成的自然氧化膜被去除并且保护膜被形成。

即本发明提供了一种制造半导体激光器的方法，该方法包括以下步骤：

在半导体衬底上叠层包含势阱层的半导体薄膜；

将半导体衬底和半导体薄膜解理；

在存在加热的催化物质的情况下，将通过解理获得的半导体衬底和半导体薄膜的解理面暴露在一种气氛中，该气氛是分解一种含N原子的气体而成，借此去除解理面的表面层并在表面上形成一氮化物层；以及

随后在解理面上形成一介质膜。

根据本发明，即使半导体激光器的谐振平面是在空气中解理而形成的，形成在解理面上的由自然氧化物膜组成的表面层于真空装置中暴露在含N原子的气体中，该气体在催化CVD装置中变成游离基。借此，在低衬底温度的情况下可进行刻蚀去除，并且对半导体薄膜的损伤程度非常小，同时可形成一种具有优良的化学稳定性的氮化物层。作为含N原子气体，可以使用氨(NH₃)，联氨(NH₂NH₂)等。由于氮化物层有一个宽能带间隙，并且终止和减少缺陷，就半导体和介质膜之间的接合而言，它是非常优选的材料。通常，当在III-V族半导体激光器中使用GaAs时，但是，在其中形成的是GaN。

随后，通过在解理面上形成介质膜，在去除了自然氧化膜的表面上形成了介质膜。由此，有可能防止由于光吸收产生温升并防止当激光发射时解理面被熔化。此外，由于在从其去除自然氧化膜的解理面上形成的氮化物层有优良的化学稳定性，即使解理面被暴露在大气中，都不会出现再氧化。因此，在利用催化CVD装置将解理面暴露在由含N原子的气体分解而成的气氛中的步骤和形成介质膜的步骤之间，允许半导体衬底暴露在大气中。