[发明专利]具有蚀刻停止层的端面蚀刻脊型激光器

说明书

发明领域

本发明一般涉及端面蚀刻的光子器件，更具体地涉及2006年2月17 日提交且转让给本发明的受让人的题为“高可靠性的端面蚀刻光子器件 (High Reliability Etched Facet Photonic Devices)”(律师案号BIN 20)的公共 待审的美国专利申请No.11/356,203中公开的端面蚀刻脊型激光器件的改 进型，还涉及制造此类器件的工艺。

发明背景

通常通过金属有机化学汽相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE) 在衬底上生长适当层叠的半导体材料以形成具有平行于衬底表面的有源层 的外延结构而在晶片上制造半导体激光器。然后利用多种半导体加工工具 处理该晶片以制造包括有源层且包括附着到半导体材料的金属接触的激光 光学腔。通常通过沿半导体材料的晶体结构解理它以限定激光光学腔的边 缘或末端而在激光腔的末端形成激光反射端面，因此当在接触上施加偏置 电压时，所产生的流过有源层的电流使光子按照垂直于电流流动的方向从 有源层的成端面的边缘出射。然而，对于大多数半导体器件，上述解理工 艺是不精确的，因为它依赖于半导体材料的晶面的位置和角度。例如，在 某些材料的情况下，可能存在约相等强度的彼此成锐角取向的解理面，因 此在解理期间出现的微扰会使断裂面从一个解理面变成另一个解理面。而 且，解理过程产生在测试期间难以操作的易碎的条状物和极小的芯片。此 外，机械解理倾向于与单个芯片的稍后处理不兼容，而这对于在芯片上提 供组件的单片集成是必需的，例如，因为在物理上必须使晶片分解以获得 全功能的激光器，而一旦晶片被解理通常就成为小块，因此不容易用常规 的光刻技术来进一步处理这些激光器。

由使用解理端面造成的上述和其它困难导致通过蚀刻形成半导体激光 器的反射端面的工艺的开发。例如，在美国专利No.4,851,368中描述的此 工艺还允许激光器与其它光子器件单片集成在同一衬底上。在此专利中描 述的工艺被扩展以提供用于制造具有蚀刻端面的脊型激光器的工艺，如在 1992年5月的IEEE量子电子学期刊(IEEE Journal of Quantum Electronics) 的第28卷，第5期，1227-1231页的A.Behfar-Rad和S.S.Wong发表的“具 有干法蚀刻的端面和脊条的单片AlGaAs-GaAs单量子阱脊型激光器 (Monolithic AlGaAs-GaAs Single Quantum-Well Ridge Lasers Fabricated with Dry-Etched Facets and Ridges)”中所公开的和在上述美国专利No. 11/356,203中进一步描述的。然而已经发现，如果想要在制造过程中获得一 致的结果，则此类器件中脊条的深度以及它在激光器结构中相对于有源区 的最终位置必须精确，而充分控制干法蚀刻工艺以产生一致的脊条深度是 非常困难的。

因为在干法蚀刻中控制脊条蚀刻深度是困难的，所以已经发现通过现 有技术工艺制造的蚀刻端面脊型激光器件具有低单横模输出和阈值电流方 面的大范围分布。为了利用这些工艺获得30-40％生产率的可用器件，必须 使用多步蚀刻程序来防止脊条蚀刻向外延结构中延伸太深。这需要将干法 蚀刻重复三或四次并在每次蚀刻之后测量脊条蚀刻深度以获得适当的尺 寸，而且此工作浪费时间并明显提高了这些器件的成本。

发明概述

因为极其期望蚀刻端面脊型器件的高度一致性和生产率，所以根据本 发明提供了一种制造蚀刻端面脊型激光器件的改进工艺。在此工艺中，在 外延结构中形成具有蚀刻端面的脊型激光器，所述外延结构在脊条的底部 所在的位置处包括湿法蚀刻停止层。利用现有光刻技术和干法蚀刻工艺部 分地形成此脊条，但干法蚀刻在不到脊条底部即停止。光刻技术限定湿法 蚀刻窗口，该窗口与部分蚀刻的脊条交迭，同时通过光刻胶层保护其末端 部分和其端面。然后对该结构进行湿法蚀刻以完成脊条的形成和从蚀刻停 止层上面去除残余材料。外延结构中的停止层使湿法蚀刻在脊条结构的底 部所需的深度处精确地和可靠地停止，从而将制造工艺的生产率提高至约 98-99.8％。