專利名稱：帶光檢部的面發(fā)光半導體激光器及制造法和用它的傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶有光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器及其制造方法，以及應(yīng)用了這種帶有光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器的傳感器。
作為把用光電二極管、晶體管等構(gòu)成的光檢測部分和半導體激光器等的發(fā)光部分作成一對來使用的裝置，比如用光進行信息記錄和再生的光拾波器(pickup)，是大家都知道的。這種裝置使半導體激光器發(fā)出的激光對記錄媒體入射、并用光檢測部分檢測其反射光以進行信息的記錄和再生。而在光互連(interconnection)和光計算機中，用入射到光檢測部分的光給半導體激光器通電，并根據(jù)入射到光檢測部分上去的光強度從該半導體激光器中射出激光。
在帶有這類光檢測部分的半導體激光器中，必須嚴密地設(shè)定光檢測部分和半導體激光器之間的位置關(guān)系。
在光檢測部分與半導體激光器分開來制作的情況下，兩者之間的位置關(guān)系取決于之后的裝配精度，要想保持高裝配精度，存在著一個限度。
另一方面，在特開平5-190478、特開平6-209138號公報中，有人提出了在同一基板上形成光檢測部分和發(fā)光部分的方案。
在述于這些公報中的發(fā)明中，在同一基板上同時進行晶體生長以形成對光檢測部分和發(fā)光部分來說所必需的晶體生長層。這樣，光檢測部分和發(fā)光部分之間的位置關(guān)系由光刻工序中的圖形化精度決定，故可以確保高位置精度。
但是，在發(fā)光部分與光檢測部分中，對同一晶體生長層所求出的最佳條件互不相同，若在對一方的器件特性合適的工藝條件下形成晶體生長層，則存在著使另一方的器件特性變壞的問題。
特別是若在對發(fā)光部分的器件特性滿意的工藝條件下生長單晶時，將使光檢測部分的靈敏度變壞，以致不能用光檢測部分精度良好地檢測出微弱強度的光。
本發(fā)明的目的是提供一種雖然在同一基板上形成發(fā)光部分和檢測部分，但卻具有可同時良好地確保在發(fā)光部分上的激光振蕩特性和在光檢測部分上的靈敏度特性的檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器及其制造方法以及應(yīng)用了這種激光器的傳感器。
在具有本發(fā)明所涉及的光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器中，在半導體基板上的第1、第2區(qū)域中分別疊層形成第1導電型半導體層和第2導電型半導體層。在基板上的第1區(qū)域里形成發(fā)光部分，因此，在第1區(qū)域的第2導電型半導體層上邊，在與上述半導體基板垂直的方向上形成了發(fā)射光的光諧振器。在基板上的第2區(qū)域里形成光檢測部分，并用該第2區(qū)域的上述第1；第2導電型半導體層構(gòu)成光電二極管。接下來，上述第1區(qū)域的上述第2導電型半導體層的厚度被形成為大于1μm并被用作用于向上述光諧振器注入電流的下部電極。再在上述第2區(qū)域上，把構(gòu)成上述光電二極管的上述第2導電型半導體層形成為不足1μm的厚度。
像這樣地把第2導電型半導體層的厚度作得與發(fā)光部分及光檢測部分不同的理由如下所述。首先，由于發(fā)光部分一側(cè)的第2導電型半導體層的功能是用作下側(cè)電極層，故若不把該層的電阻減小，則發(fā)光部分的器件電阻就要水漲船高地變得更大，以致變得不能忽視其發(fā)熱。第2導電型半導體層的電阻值依賴于其膜厚和載流子濃度，若降低電阻值而使其膜厚增加，則可降低載流子濃度。而且，若其膜厚的下限為1μm，則減小了電阻值而卻不會形成越過×1019cm-3的過剩的載流子濃度，從而減小了起因于高載流子濃度的晶體劣化。由于光檢測部分一側(cè)的第2導電型半導體層也是用與發(fā)光部分一側(cè)的第2導電型半導體層同一工藝形成的，故在光檢測部分一側(cè)也不會產(chǎn)生晶體劣化，因而光一電流變換率不會劣化。此外，由于第2導電型半導體層的載流子濃度取決于在發(fā)光部分處的電阻值，故為了壓低在與發(fā)光部分一側(cè)具有相同的載流子濃度的光檢測部分一側(cè)的第2導電型半導體層中的光吸收率，把光檢測部分的第2導電型半導體層的膜厚作成為不足1μm。
在本發(fā)明中，理想的是把上述第1區(qū)域中的上述第2導電型半導體層的厚度作成為小于5μm。
發(fā)光部分一側(cè)的第2導電型半導體層的厚度越厚則越可以減電阻值，但由于膜厚越厚則生長時間相應(yīng)地要變長，且在量產(chǎn)和結(jié)晶性上會成為問題，故作成為5μm以下。
在本發(fā)明中，上述第1和第2區(qū)域的上述第2導電型半導體層的載流子濃度，理想的是5×1017～2×1019cm-3。
在把發(fā)光部分一側(cè)的第2導電型半導體層的膜厚作成為其上限的5μm的時候，為了低電阻化所必需的載流子濃度為5×1017cm-3，而作成為其下限的1μm時，所需的載流子濃度為2×1019cm-3。因此，若考慮為把發(fā)光部分一側(cè)的第2導電型半導體層的膜厚為1μm～5μm時，理想的是把其載流子的濃度定為5×1017～2×1019cm-3。
在本發(fā)明中，上述第1區(qū)域中的上述第2導電型的半導體層的厚度理想的是2～3μm。當同時考慮發(fā)光部分一側(cè)的第2導電型半導體的低電阻化和量產(chǎn)性、結(jié)晶性這兩方面的時候，理想的是把膜厚定為上述范圍。
在本發(fā)明中，第2導電型的半導體層的載流子濃度理想的是1×1018-1×1019cm-3。當把發(fā)光部分的第2導電型半導體層的膜厚作成為更合適的范圍的2μm～3μm的時候，從確保低電阻的觀點考慮，把其載流子濃度定為1×1018～1×1019cm-3是理想的。
在本發(fā)明中，在上述第2區(qū)域中的上述第2導電型的半導體層的厚度可以定為小于0.8μm，更令人滿意的是定為小于0.5μm。因為這樣可以較高地確保在光檢測部分中的光一電流變換效率。還有，在該光檢測部分中的區(qū)域的第2導電型半導體層的膜厚理想的是大于0.1μm。其理由之一是因為當?shù)陀诖讼孪拗禃r電流將不易流動而產(chǎn)生發(fā)熱之類的問題。此外，作為另一理由是在制造工藝上，在刻蝕時，不僅難于把膜厚控制為其下限值以下，且即便是作出了低于其下限值的薄膜，如后邊要提到的那樣，光電變換效率也提不高。當考慮這一點時，通過把在該光檢測部分中的區(qū)域的第2導電型半導體層的膜厚作成為0.4～0.5μm，就可以得到在實用上足夠的光電變換效率，而且制造工藝也不會變得困難。
在本發(fā)明中，上述光諧振器可以構(gòu)成為含有一對反射鏡和形成于上述一對反射鏡之間，至少包含活性層和包層的多層半導體層。在這種情況下，上述多層的半導體層的至少含有上述包層的上層一側(cè)被作成已形成為柱狀的柱狀部分，并在上述柱狀部分的周圍埋溝形成絕緣層。再形成面對上述柱狀部分的端面有開口的上部電極，上述一對鏡子中的光射出一側(cè)的鏡子被形成為把上述開口覆蓋起來。
若采用這種構(gòu)造，則注入諧振器的電流和用此電流在活性層上所產(chǎn)生的光就被封閉在由絕緣層填埋起來的柱狀部分中間，因而能夠使激光高效率地振蕩。
在采用上述構(gòu)造的情況下，理想的是上述一對反射鏡之中，形成于上述第2導電型半導體層上邊的鏡子是半導體多層膜鏡、上述光射出一側(cè)的鏡子是電介質(zhì)多層膜鏡；形成于上述一對鏡子之間的上述多層半導體層包含以下各層形成于上述半導體多層膜鏡子上邊的第1包層，形成于上述第1包層上邊的量子阱構(gòu)造的活性層，形成于上述活性層上邊的第2包層，形成于上述第2包層上邊的接觸層；用上述第2包層和上述接觸層構(gòu)成上述柱狀部分。
在這種構(gòu)造中，已注入到光諧振器中去的電流，在量子阱活性層中，以良好的效率變換為光，并借助于使該光在既是用半導體多層膜鏡子和電介質(zhì)多層膜鏡子構(gòu)成的一對反射鏡、又是因為用多層構(gòu)造而具有比較高的反射率的一對反射鏡之間進行往返的辦法，使之以高效率進行放大。而且，注入到光諧器中去的電流以及產(chǎn)生并被放大之后的光，用埋入到柱狀部分的周圍的絕緣層封閉起來，故能夠以良好的效率進行激光器振蕩動作。
在本發(fā)明中，理想的是第1區(qū)域的第1導電型半導體層與第2區(qū)域的第1導電型半導體層電絕緣，第1區(qū)域的第2導電半導體層與第2區(qū)域的第2導電型半導體層電絕緣。
這樣的話，發(fā)光部分與光檢測部分在電性上相互獨立，且可用光檢測部分接受比如說由發(fā)光部分射出的激光的反射光以測定其反射強度，可以用作各種各樣的傳感器。
在本發(fā)明方法中，當在高阻半導體基板上的第1區(qū)域里形成面發(fā)光式半導體激光器，在上述基板上的第2區(qū)域里形成光電二極管的時候，其特征是具有下述工序(a)在上述基板上的上述第1、第2區(qū)域上共同地順次外延生長第1導電型的半導體層，厚度大于1μm的第2導電型半導體層、和用一對反射鏡及在其之間形成的多層半導體層所形成的光諧振器中，除去光射出一側(cè)的反射鏡之外的各層的工序；(b)把上述第1區(qū)域的上述外延生長層，至少把包含包層的上述多層半導體層的上層一側(cè)刻蝕成柱狀以形成柱狀部分的工序；(c)在上述柱狀部分的周圍埋入形成絕緣層的工序；(d)形成在面對上述柱狀部分的端面有開口的上部電極的工序；(e)把上述開口覆蓋起來形成光射出一側(cè)的反射鏡的工序；(f)對上述第2區(qū)域的上述外延生長層進行刻蝕，一直刻蝕到上述第2導電型的半導體層的中間，以把上述第2導電型的半導體層的厚度形成為不足1μm的工序。
在本發(fā)明方法中，把在(a)工序中形成的反射鏡作為半導體多層膜鏡子，把多層的半導體層當作第2導電型的第1包層，量子阱構(gòu)造的活性層、第1導電型的第2包層和第1導電型的接觸層，也可以使這些各層順次進行外延生長。
在本發(fā)明方法的上述工序(a)中，理想的是把上述第2導電型的半導體層的載流子濃度定為5×1017～2×1019cm-3，把上述第2導電型的半導體層的厚度形成為小于5μm。
在本發(fā)明方法的上述工序(a)中，更為理想的是把上述第2導電型的半導體層的載流子濃度定為1×1018～1×1019cm-3，把上述第2導電型半導體層的厚度形成為2～3μm。
在本發(fā)明方法的上述(f)工序中，可把上述第2導電型的半導體層的厚度形成為小于0.8μm，更為理想的是形成為小于0.5μm。
在本發(fā)明方法的上述工序(a)中，至少在第2導電型半導體層及其上層的上述鏡子的外延生長時，把規(guī)定波長的光照射到上述第2導電型半導體層及其上層的上述鏡子上并檢測其反射光譜、測定其反射率分布。用這種方法就可控制上述第2導電型半導體層及其上層的上述鏡子的膜厚。
這樣一來，對發(fā)光部分來說，可把第2導電型半導體層的膜厚形成為為了獲得低電阻的設(shè)計值，同果還可在反射鏡中，把為了得到規(guī)定的反射率膜厚形成為設(shè)計值。再加上，對光檢測部分來說，可以在成膜時嚴密地控制在后邊的(f)工序?qū)⒈豢涛g的第2導電型半導體層的膜厚和其上層的鏡子的膜厚，故使得在(f)工序中用于獲得規(guī)定的膜厚的刻蝕變得容易了起來。
在本發(fā)明方法的上述工序(f)中，至少在第2導電型半導體層及其上層的上述鏡子的刻蝕時，先把規(guī)定波長的光照到上述第2導電型的半導體層及其上層的上述鏡子上并檢測其反射光譜，就可以測定其反射率的分布。用這種辦法，就可以嚴密地控制用于獲得規(guī)定的膜厚的上述第2導電型半導體層的刻蝕量。由于還可以嚴密地測定其上層的上述鏡子的刻蝕終點，故還可以嚴密地測定用于獲得規(guī)定的膜厚的上述第2導電型的半導體層的刻蝕終點。
在本發(fā)明方法中，理想的是在上述第1、第2區(qū)域之間，再設(shè)有使上述第1導電型半導體層彼此之間以及第2導電型半導體層彼此間絕緣的工序。
用本發(fā)明所涉及的具有光檢測部分的面發(fā)光型半導體激光器可以構(gòu)成傳感器。在這種情況下，把從光諧振器中射出來的激光照射到位置進行變化的被測對象上，用上述光電二極管接受此反射光，就可以檢測出上述被測對象的位置。
或者，把從光諧振器中射出的激光照射到根據(jù)作用壓力而變位的構(gòu)件上，用上述光電二極管接受該反射光，就可以檢測出作用到上述變位構(gòu)件上的壓力的大小。
不管是在哪一種傳感器的情況下，用本身即是發(fā)光部分的諧振器可以高效率地產(chǎn)生激光振蕩，可以用本身就是光檢測部分的光電二極管檢測出微弱的光強度，而且發(fā)光部分與光檢測部分的相對位置可由光刻工序中的圖形精度決定，故可以進行高精度的傳感。另外，兩個傳感器都可以用微小的尺寸構(gòu)成，故使得可以裝配到小型部件上去。
在本發(fā)明所涉及的傳感器中，可以設(shè)置多個光電二極管，它們分別接受由一個上述光諧振器射出的激光的上述反射光。在這種情況下，可以根據(jù)用多個上述光電二極管分別檢測出來的受光量的分布進行信號傳感，與僅僅依據(jù)設(shè)置單個光電二極管時的光強度進行的信號傳感相比，可以提高檢測精度。
圖1的斷面圖模式性地示出了本發(fā)明的一個實施例所涉及的帶有光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器的斷面。
圖2是圖1所示裝置的概略性的斜視圖。
圖3A～3C的概略性的斷面圖分別用于說明示于圖1的裝置的制造工藝。
圖4A～圖4C的概略性的斷面圖分別示出了接著圖3A～圖3C的工藝之后進行的制造工藝。
圖5A，圖5B的概略性斷面圖分別示出了接著圖4A～圖4C的工藝之后進行的制造工藝。
圖6的特性圖示出了圖1的裝置中的光檢測部分的第2導電型層的膜厚與光電流的關(guān)系。
圖7是一概略性的斷面圖，它示出了身為示于圖1的裝置的外延層的成膜裝置的一個例子的MOVPE裝置。
圖8是一特性圖，它示出了在用圖7的裝置，在第2導電型層和下部鏡子的成膜工序中各層的反射率的時間性的變化。
圖9的特性圖示出了圖8中的第2導電型層的膜厚與反射率的關(guān)系。
圖10是RIBE裝置的示意圖，這種裝置可一邊進行刻蝕一邊測定外延層的反射率。
圖11是一特性圖，它示出了在用圖10的裝置刻蝕下部鏡子和第2導電型層的時候的各層的反射率的時間性的變化。
圖12的示意圖示出了用應(yīng)用了示于圖1的裝置的位置檢測傳感器進行檢測的檢測原理。
圖13的示意圖示出了用應(yīng)用于示于圖1的裝置的壓力傳感器進行檢測的檢測原理。
以下參照


本發(fā)明的一個實施例。
圖1是一斷面圖，它模式性地示出了本發(fā)明的一個實施例中的帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光裝置的發(fā)光部分和光檢測部分的斷面。圖2是其概略性的斜視圖。
示于圖1，圖2的帶光檢測部分的半導體激光裝置100，在高阻半導體基板102上的不同的區(qū)域里分別形成了發(fā)光部分100A和光檢測部分100B。在本實施例中，發(fā)光部分100A是面發(fā)光式半導體激光器、光檢測部分100B是用光電二極管形成的。作為該發(fā)光部分100A、光檢測部分100B的平面式的布局，如圖2所示，比如說在發(fā)光部分100A的周圍的4個地方形成光檢測部分100B。可以把具有這樣的平面式布局的一體(形成為一個整體)型芯片用作各種傳感器。比如，在用發(fā)光部分100A向著位置進行變化的構(gòu)件射出激光，用4個光檢測部分100B檢測其反射光的情況下，借助于用4個光檢測部分100B受光的受光量分布就可以求出位置進行變化的構(gòu)件的變位量。在用這種一體型芯片構(gòu)成傳感器的情況下，發(fā)光部分100A和光檢測部分100B的個數(shù)并不受限于圖2所示的個數(shù)。只要是對一個發(fā)光部分100A有一個或多個光檢測部分100B就行?；蛘咭部梢允菍τ诙鄠€發(fā)光部分100A，有多個光檢測部分100B。
首先，對發(fā)光部分100A和光檢測部分100B的共同的構(gòu)造進行說明，高阻半導體基板102在本實施例中由GaAs基板構(gòu)成，其雜質(zhì)濃度理想的是低于1×1016cm-3，更為令人滿意的是低于1×1015cm-3。
在高阻GaAs基板102的上邊，形成第1導電型半導體層，比如說P型GaAs層101A，再在其上邊形成第2導電型半導體層比如說n型Ga0.85Al0.15As層101B(把發(fā)光部分100A一側(cè)的層定為101B1，把光檢測部分101B一側(cè)的層定為101B2)。另外，該第1，第2導電型半導體層101A，101B可以相應(yīng)于激光的波長，用比如說改變GaAlAs層的Al的組成等等來形成。還有，第1，第2導電型半導體層101A，101B如后所述，在成膜時或刻蝕時，監(jiān)測反射率以進行膜厚控制時，從明確地監(jiān)測反射率的增大減少的觀點來看，理想的是把材料或組分作成為不同的組合。由于把第2導電型半導體層101B作成為與第1導電型半導體層101A相同的材料，用n型GaAs層形成也是可能的、且在這種情況下兩層的載流子極性和濃度不同，故在進行上述監(jiān)測時的反射率在每一層都可使之不同。但是，不能期待其反射率的變化像代換過材質(zhì)或組分情況下時那么大。關(guān)于這一點在以后將參照圖9進行說明。
在這里，在光檢測部分100B的區(qū)域里形成的第1，第2導電型半導體層101A，101B2是用于構(gòu)成光電二極管的。
另一方面，形成于發(fā)光部分100A的區(qū)域中的第2導電型半導體層101B1的功能是用作向面發(fā)光式半導體激光器的光諧振器中注入電流的下側(cè)電極層。與此第2導電型半導體層101B1一起，第1導電型半導體層101A也可以使之起到用于產(chǎn)生激光振蕩的電極層的作用，這一點將在后邊敘述。
此外，還可以把形成于發(fā)光部分100A的區(qū)域中的第1，第2導電型半導體層101A，101B1用作用于監(jiān)測的光電二極管，檢測從發(fā)光部分100A漏出來的光并監(jiān)測激光器發(fā)光強度。
為了使之具有上述各項功能，要使發(fā)光部分100A的區(qū)域的第1，第2導電型半導休層101A，101B1露出來，并使該露出面115a，115c分別變成為電極圓形形成面。同樣地，使光檢測部分100B的區(qū)域的第1導電型半導體層101A也露出來，并使該露出面115b變成為電極圖形形成面。
再者，因為分別形成于發(fā)光部分100A和光檢測部分100B上的第2導電型半導體層101B1，101B2是用同一成膜工序形成的，故用同一載流子濃度外延生長在基板102上邊。其中，光檢測部分100B一側(cè)的第2導電型半導體層101B2在形成膜之后被刻蝕，變成為比發(fā)光部分100A的第2導電型半導體層101B1還薄的薄膜。
此外，在本實施例中，用隔離溝116把形成于發(fā)光部分100A的區(qū)域中的第1，第2導電型半導體層101A，101B1和形成于光檢測部分100B的區(qū)域中的第1，第2導電型半導體層101A，101B2進行電絕緣。但是，在把該帶光檢測部分的半導體激光器用作依據(jù)用光檢測部分100B變換之后的電流來驅(qū)動發(fā)光部分100A的方式，比如用作光互連的器件的情況下，則不需要用隔離溝116等使上述層101A，101B1與101A，101B2絕緣。
其次，對發(fā)光部分100A進行說明。在第2導電型半導體層101B1上邊先交互地疊層n型Al0.8Ga0.2As和n型Al0.15Ga0.85As層，比如對于波長800nm附近的光，再依次疊加上具有99.5％以上的反射率的40對分布反射型多層膜鏡子(以下也把它表述為“DBR鏡子”)103、由n型Al0.7Ga0.3As層構(gòu)成的第1包層104，由n-型GaAs阱層和n-型Al0.3Ga0.7As勢壘層構(gòu)成，且該阱層由21層構(gòu)成的量子阱活性層105(在本實施例的情況下變成為多量子阱構(gòu)造(MQW的活性層))、由P型Al0.7Ga0.3As層構(gòu)成的第2包層106以及由P+型Al0.15Ga0.85As層構(gòu)成的接觸層109。
這樣一來，直到第2包層106的中間部分，從半導體的疊層體的上面看去，被刻蝕成圓形或者矩形而形成柱狀部分114。若設(shè)與該柱狀部分114的基板102平行的橫截面是由長邊和短邊組成的矩形，則可以把從柱狀部分114的振蕩區(qū)域射出來的激光的偏振波面的方向與短邊的方向上一致。
在該柱狀部分114的周圍，已埋入了由用熱CVD法形成的SiO2之類的硅氧化膜(SiOα膜)構(gòu)成的第1絕緣層107和由聚酰亞胺等耐熱性樹脂等構(gòu)成的第2絕緣層108。
第1絕緣層107沿著第2包層106和接觸層109的表面連續(xù)地形成，第2絕緣108被形成為把該第1絕緣層107的周圍填滿了的狀態(tài)。
作為第2絕緣層108，除去上述的聚酰亞胺之類的耐熱性樹脂之外，也可是SiO2等等的硅氧化膜(SiOx膜)，Si3N4等的硅氮化膜(SiNx膜)，SiC等等的硅碳化膜(SiCx膜)，SOG(用旋轉(zhuǎn)玻璃法(Spin on glass)生成的SiO2等的SiOx)膜等等的絕緣性硅化合物膜，或者多晶的IIVI族化合物半導體膜(例如ZnSe等)。這些膜，理想的是用在絕緣膜中可以在低溫下形成的SiO2之類的硅氧化膜，聚酰亞胺或SOG膜。而更令人滿意的是用SOG膜，因為SOG膜形成簡單，又易于使表面變得平坦。
在這里，由圖1的硅氧化膜(SiOx膜)構(gòu)成的第1絕緣膜107是膜厚為500～2000A、用常壓的熱CVD法形成的絕緣膜。由耐熱性樹脂等構(gòu)成的第2絕緣膜108是為了使器件的表面平坦化所必須的絕緣膜。例如，在耐熱性樹脂中雖然具有高電阻，但膜中易于產(chǎn)生殘余水分，當直接與半導體層接觸，在長時間給器件通電的情況下，在和半導體的交界面上將產(chǎn)生空隙而使器件的特性劣化。因而，如本實施例那樣，若在與半導體層的交界面上插入一層第1絕緣層107那樣的薄膜，則第1絕緣層107變成為保護膜、不產(chǎn)生上述的劣化。在構(gòu)成第1絕緣層的硅氧化膜(SiOx膜)的形成方法中，有等離子體CVD法，反應(yīng)性蒸鍍法等等多種，但最為合適的方法是應(yīng)用SiH4(硅烷)氣體和O2(氧)氣體、以N2(氮)氣體為攜載氣體的常壓CVD法的成膜方法。其理由是由于在大氣壓下進行反應(yīng)而且在O2過剩的條件成膜，故SiOx膜中的氧缺損少因而變成的致密的膜，以及，可以得到臺階覆蓋好、柱狀部分114的側(cè)面和臺階部分也和平坦部分相同的膜厚。
還有，不限于用第1，第2絕緣層107，108形成埋入層，比如也可用II-VI族化合物半導體外延層形成埋入層。
另外，用比如說Cr與Au-Zn合金構(gòu)成的接觸金屬層(上側(cè)電極)112被形成為與接觸層109環(huán)狀地接觸，變成為用于進行電流注入的電極。該接觸層109的未被上側(cè)電極112所覆蓋的部分呈圓形地露了出來。接著，以充分地把該接觸層109的露出來的面(以后把這一部分標為“開口部分113”)覆蓋起來的面積，使第1層，比如SiO2等的SiOx層和第2層，比如說Ta2O5層交互進行疊層，形成對波長800nm附近的光具有98.5～99.5％的反射率的7對電介質(zhì)多層膜鏡子111。
用這一成對的鏡子103，111及形成于它們之間的多層的半導體層形成光諧振器120。構(gòu)成電介質(zhì)多層膜鏡子111的第1層和第2層的各自的厚度、在假定光諧振器120內(nèi)部傳播的激光的波長為λ、在各層上的波長λ的折射率為n的時候，可設(shè)定為λ/4n。
在上側(cè)電極112和、與形成于示于圖1的圖形形成面115a上邊的沒有畫出來的電極接觸的下側(cè)電極101B1之間加上正向電壓(在本實施例的情況下，從上側(cè)電極112向本身就是下側(cè)電極的第2導電型半導體層101B1的方向加上電壓)以進行電流注入。被注入的電流在量子阱活性層105中變換成光、并借助于在用DBR鏡子103和電介質(zhì)多層膜鏡子111構(gòu)成的反射鏡之間使上述先進行往返的辦法而被放大。而且，已被注入到光諧振器120中去的電流和由它(變換)生成并被放大后的光，被已埋入到柱狀部分114的周圍中去的第1，第2絕緣層封閉起來，因而可以以良好的效率進行激光器振蕩動作。
這樣一來，介以開口部分113(接觸層109的露出來的面)和電介質(zhì)多層膜鏡111，在對基板102垂直的方向上發(fā)射激光。
作為其他的驅(qū)動方法，也可以用P型半導體層101A、n型半導體層101B1及光諧振器120的P型部分構(gòu)成晶體管構(gòu)造，給活性層通電。比如說，在P型半導體層101A、上側(cè)電極112之間加上使激光器振蕩的電壓時，若給n型半導體層1010B1加以微小的電流則由于晶體管的開關(guān)效應(yīng)，給活性層注入電流，激光器振蕩就變?yōu)榭赡?。由于這樣的方法可以用微小的電流開關(guān)控制激光器的振蕩和非振蕩，故可以高速地使一塊基板102上的多個發(fā)光部分100A產(chǎn)生激光器振蕩。
在這里，作為面發(fā)光式半導體激光器的下側(cè)電極而起作用的第2導電型半導體層101B1必須把其橫方向電阻作成為約幾個Ω。其理由是若發(fā)光部分100A的元件電阻為50～100Ω左右，第2導電型半導體層101B1的電阻為幾十Ω，則不能忽視該電阻的發(fā)熱。
該第2導電型半導體層101B1的電阻值依賴該層的膜厚和載流了濃度，膜厚加厚則可以降低載滾子濃度。該第2導電型半導體層1010B1的膜厚，從壓低電阻的觀點考慮的話，膜厚越厚越好，但是膜越厚生長時間就相應(yīng)地變長，在量產(chǎn)性和膜的結(jié)晶性上將會產(chǎn)生問題。當考慮這一點時，作為第2導電型半導體層101B1的膜厚的上限，應(yīng)定為5μm以下，更為理想的是定為3μm以下。
其次，第2導電型半導體層101B1的膜厚的下限決定于載流子濃度可以過剩到何種程度。在第2導電型半導體層101B1的膜厚不足1μm的時候，要想降低電阻值就需要越過×1019cm-3的過剩的載流子濃度，因而晶體劣化的危險性變高。而且，由于這種晶體劣化在用同一個工藝形成的光諧振器100B一側(cè)的第2導電型半導體層101B2中也同樣地會產(chǎn)生，所以牽涉到光電二極管的光-電變換效率的劣化。所以，需要把第2導電型半導體層101B1的膜厚作成為大于1μm。
從以上的考察可知，若從壓低電阻且縮短生長時間的觀點來說，發(fā)光部分100A的第2導電型半導體層101B1的膜厚理想的是設(shè)定為2～3μm。
還有，對于第1導電型半導體層101A的膜厚，在考慮到量產(chǎn)性和結(jié)晶性之后，理想的是也要作成5μm以下。此外，該層101A的膜厚理想的是作成為1μm以上，若低于這一值，則將產(chǎn)生發(fā)熱或者電流難于流動的問題。
其次，當對第2導電型半導體層101B1，100B2的載流子濃度進行考察時，當把發(fā)光部分100A的第2導電型半導體層101B1的膜厚取為其上限的5μm的時候，低電阻化所必需的載流子濃度將變?yōu)?×1017cm-3。另一方面，在把第2導電型半導體層101B1的膜厚取為其下限的1μm時，為要降低電阻值，就需要2×1019cm-3的載流子濃度。
因而，當考慮到發(fā)光部分100A的第2導電型半導體層101B1的膜厚為1μm～5μm時，理想的是把其載流子濃度定為5×1017～2×1019cm-3。
在把發(fā)光部分100A的第2導電型半導體層101B1的膜厚取為更為合適范圍的下限2μm時，為確保低電阻所需要的載流子濃度為1×1019cm-3，在取為作為上限值的3μm時，其載流子濃度是1×1018cm-3。因此，當把第2導電型半導體層101B1的膜厚取為作為更合適范圍的2～3μm時，其載流子濃度理想的是定為1×1018～1×1019cm-3。
從發(fā)光部分100A射出來的激光被應(yīng)進行測定的對象物反射、入射到光檢測部分100B上去。該光檢測部分100B由第1，第2導電型半導體層101A，101B2構(gòu)成光電二極管，并用在該兩層101A和101B2之間的交界面上形成的耗盡層進行光-電變換。這樣一來，就可以用形成于光檢測部分100B的第2導電型半導體層101B2上的圖中沒有畫出來的電極和在示于圖1的圖形形成面115b上邊形成的圖中沒有畫出來的電極，把受光量作為電信號而輸出。
在這里，光檢測部分100B的第2導電型半導體層101B2用與發(fā)光部分100A的相應(yīng)的層101B1相同的工藝形成的，故該層101B2里邊的載流子濃度比較高、變成為上述的值。
因而，在本實施例中，通過把光檢測部分100B中的第2導電型半導體層101B2的膜厚作薄的辦法，使光吸收率降低，使光-電變換效率提高。在本實施例中，把該光檢測部分100B中的第2導電型半導體層101B2的膜厚設(shè)定為不足1μm。
圖6是一模擬結(jié)果，它示出了把激光的振蕩波長設(shè)定為800nm，把第2導電型半導體層101B2中的雜質(zhì)濃度設(shè)定為1×1018cm-3情況下的，第2導電型半導體層101B2的膜厚與被變換的光電流之間的關(guān)系。從圖6可知，第2導電型半導體層101B2的厚度越薄，光電流的變換效率就越高、特別是在低于0.8μm時光電流變換效率為90％，而在0.5μm時，可以得到95％的光電流的變換效率。從這一點來說，第2導電型半導體層101B2的膜厚理想的是作成0.8μm以下，更為理想的是作成為0.5μm以下。再有該膜厚要作成為0.1μm以上。因為當膜厚低于本身為膜厚的下限的0.1μm時，就會產(chǎn)生電流難流和發(fā)熱的問題。而且，如從圖6所知，用0.1μm以上的膜厚可以得到100％的光電流，即使作成為薄于0.1μm的薄膜，光電變換效率與不會改善。
其次，對示于圖1的面發(fā)光式半導體激光器100的制造工藝進行說明。圖3A～圖3C，圖4A～圖4C和圖5A，圖5B示出了帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器裝置的制造工序。
在高阻GaAs基板102上分別進行外延生長以形成P型GaAs層101A和n型Ga0.85Al0.15As層101B。這時，n型Ga0.85Al0.15As層101B的厚度被形成為1μm以上、理想的是5μm以下。而n型Ga0.85Al0.15As層101B中的載流子濃度理想的是5×1037～2×1019cm-3，更為理想的是1×1018-1×1019cm-3。還有，用上述工序，形成發(fā)光部分100A的第2導電型半導體層101B1。
之后，使n型Al0.15Ga0.85As層和Al0.8Ga0.2As層交互疊層形成對波長800nm附近的光具有99.5％以上的反射率的40對的DBR鏡子103，用作為下部鏡子。在形成了n型Al0.7Ga0.3As層(第1包層)104之后，再形成把n-型GaAs阱層和n-型Al0.3Ga0.7As勢壘層交互地疊層的量子阱構(gòu)造(MQW)的活性層105。之后，順次地疊層形成P型Al0.7Ga0.3As層(第2包層)106，和P型Al0.15Ga0.85As層(接觸層)109(參照圖3A)。
上述的各層101A、101B、103～106和109用MOVPE(Metal-organic Vapor Phase Epitaxy有機金屬汽相外延法)進行外延生長。這時，比如說生長溫度為750℃、生長壓力為150Torr、把TMGa(三甲基鎵trimethytGa)、TMAl(三甲基鋁)的有機金屬用作III族原料，把AsH3用作V族原料，把H2Se用作n型摻雜物，把DEZn(di-ethyl-Zinc雙乙基Zn)用作P型摻雜物。
在各層形成之后，在外延層上邊用常壓熱CVD法，形成由約250A的SiO2層構(gòu)成的保護層I1。該保護層I1把疊層的半導體層覆蓋起來，以此來防止工藝處理中的表面污染。
其次，用反應(yīng)性離子束刻蝕法(RIBE)，留下被光刻膠圖形R1蓋住的柱狀部分114和光檢測部分100B的區(qū)域，在柱狀部分114的周圍形成溝110的同時，進行一直到達第2包層106的中間部分上的刻蝕。借助于實施這一刻蝕工藝，柱狀部分114具有和其上邊的光刻膠圖形R4的輪廓形狀相同的斷面(參照圖3B)。
另外，因為應(yīng)用RIBE法，故上述柱狀部分114的側(cè)面幾乎是垂直的，幾乎不對外延層造成損傷。作為RIBE的條件，比如說，壓力為60mPa，輸入微波功率150W，引出電壓350V，把氯氣和氬氣的混合氣體用作刻蝕氣體。
之后，除掉光刻膠圖形R1，用常壓熱CVD法，在表面上形成約1000的SiO2層(第1絕緣膜)107。這時的工藝條件為比如，基板溫度450℃，把SiH4(硅烷)和氧用作原料，把氮氣用作攜帶氣體。再在其上邊用旋轉(zhuǎn)涂敷法涂敷上SOG(旋轉(zhuǎn)玻璃Spin on glass)膜108L，然后，比如說，用80℃一分鐘，150℃二分鐘，再用300℃30分鐘，在氮氣中進行堅膜(參照圖3C)。
其次，對SOG膜108L和SiO2膜107進行反向刻蝕(Etchingback)使之平坦化，使得與已露了出來的接觸層109的表面變成為一個平面(參照圖4A)。在刻蝕中，采用應(yīng)用于平行平板電極的反應(yīng)性離子刻蝕(RIE)法，作為反應(yīng)氣體，使用了SF6，CHF3和Ar的組合。
接著，把發(fā)光部分100A留作柱狀，對其周圍進行刻圍蝕，一直刻蝕到下部鏡子103與其下層的n型Ga0.85Al0.15As層101B的交界處。換句話說，在發(fā)光部分100A的周圍進行刻蝕以使n型Ga0.85Al0.15As層101B的表面露出來。
為了這一刻蝕，先形成保護膜I2(比如SiO2)，再在與不應(yīng)被刻蝕的發(fā)光部分100A相向的區(qū)域上形成光刻膠圖形R2(參照圖4B)。
其次，如圖4C所示，僅僅對與光檢測部分100B相向的區(qū)域，刻蝕n型Ga0.85AI0.15As層101B，把它刻蝕為對光檢測部分100B的光檢測變成為最佳的厚度。為此，在與發(fā)光部分100A相向的區(qū)域上形成光刻膠圖形R2。之后，再形成光刻膠圖形R3，以把形成電極圖形形成面115a的區(qū)域覆蓋起來。借助于這一刻蝕，可把在光檢測部分100A中作為構(gòu)成光電二極管的一個要素的n型Ga0.85Al0.15As層101B2形成為不足1μm、理想的是0.8μm以下，更為理想的是0.5μm以下、0.1μm以上的膜厚。
其次，如圖5A所示，在P型GaAs層101A和n型Ga0.85Al0.15As層101B1、101B2上邊分別用刻蝕技術(shù)形成階梯面，使各層露出來以形成電極圖形形成面115a，115b，115c。電極形成面115a在n型Ga0.85Al0.15As層101B1上形成，緊接著在作為下部電極層的n型Ga0.85Al0.15As層101B1上形成用于進行接觸的電極圖形。電極圖形形成面115b在光檢測部分100B的P型GaAs層101A上邊形成。還有，電極圖形形成面115c形成于發(fā)光部分100A一側(cè)的P型GaAs層101A上邊。
為了使發(fā)光部分100A和光檢測部分的第1導電型半導體層101A之間及發(fā)光部分100A和光檢測部分100B的第2導電型半導體層101B1，101B2之間電絕緣，比如說用刻蝕技術(shù)除去兩者的交界部分處的各層101A、101B，以形成隔離溝116。在形成該隔離溝116之際，理想的是用干法刻蝕技術(shù)，但是，由于該隔離溝116中的交界面對發(fā)光和受光沒有影響，故也可以用濕法刻蝕技術(shù)或者用劃線鋸形成。此外，還可不用隔離溝116進行絕緣而代之以用離子注入法向上述交界部分注入雜質(zhì)，例如導入質(zhì)子或者氧離子以進行絕緣。
其次，用眾所周知的剝離法形成與接觸層109環(huán)狀接觸的上側(cè)電極112(參照圖5B)。接觸層109介以上側(cè)電極112的圓形開口113露了出來，用眾所周知的剝離法或濕法刻蝕方法形成電介質(zhì)多層膜鏡子(上部鏡子)111，使得把上述露出來的面充分地覆蓋起來(參照圖5B)。上部鏡子111用電子束蒸鍍法，把SiO2層和Ta2O5層交互地形成為比如說7對疊層，對波長800nm附近的光具有98.5～99.5％的反射率。這時的蒸鍍速度比如說定為對SiO2為5/分，對Ta2O5層定為2/分。
應(yīng)用以上的工序，示于圖1的帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器就完成了。
圖7示出了成膜裝置的一個例子，這是一個在實施圖3A的MOVPE法時，在整個晶體生長期間都可測定外延層的反射率的成膜裝置。該成膜裝置的特征是，在應(yīng)用了橫式水冷反應(yīng)管的MOVPE裝置中，具有去掉了生長基板上部的水冷管部分，且可從反應(yīng)管外部向生長基板上送入光的無反射窗構(gòu)造。
即，該MOVPE裝置，在具有供給原料氣體的氣體供給部分210a和氣體排出部分210b的反應(yīng)管210的周圍設(shè)有采用向內(nèi)部通水的辦法冷卻反應(yīng)管的冷卻部分212。在反應(yīng)管210的內(nèi)部設(shè)有用于載置基板S的托架214，并在面對該托架214的基板載置面的部分的反應(yīng)管210的壁面上設(shè)有監(jiān)視窗216。在監(jiān)視窗216的上方?jīng)]有光源218和光檢測器220，從光源218射出來的光介以監(jiān)視窗216到達托架214上的基板S上，其反射光再次介以監(jiān)視窗216到達光檢測器220。
這樣一來，從光源218來的光被設(shè)定為大體上垂直(最大5°)地入射到基板S上邊，并借助于用光檢測器220測定其反射光的辦法，就可以在基板S上邊進行外延生長的同時，測定正在生長的外延層的反射率的變化。
圖8示出了在用示于圖7的成膜裝置，MOVPE生長構(gòu)成本實施例的面發(fā)光式半導體激光裝置的第2導電型半導體層101B和DBR鏡子103的工序中，外延層的反射率隨時間的變化。橫軸示出了外延層的生長時間，縱軸示出了反射率。同樣地，圖9示出了在圖8中的第2導電型半導體層101B的成膜工序中的膜厚與反射率之間的關(guān)系。
如圖9所示，在假定監(jiān)測波長為λ，第2導電型半導體層10B的折射率為n的時候，由于每淀積λ/2n的膜厚就回到相同的反射率，故第2導電型半導體層101B的反射率在極大值(大致上為32％)和極小值(大體上約30％)之間周圍性地進行反復(fù)的同時，反射率進行變化，該反射率的分布與晶體的生長速度和時間無關(guān)，僅僅依賴于第2導電型半導體層101B的膜厚。因此，通過監(jiān)測該反射率分布，就可以嚴密地控制第2導電型半導體層101B的膜厚。
另外，已經(jīng)知道，在如上述那樣，分別用P型、n型GaAs形成第1、第2導電型半導體層101A、101B的情況下，反射率在極大值(大體上32％)和極小值(大體上31％)之間周期性地反復(fù)，且極大值與極小值之差變得更小。因此，在采用上述監(jiān)測法的情況下，理想的是在兩層之間改變材質(zhì)或組分，使反射率的差別作得更大。
另一方面，對于下部鏡子103的成膜來說，如圖8所示那樣，若在第2導電型半導體層101B上邊最初先疊上一層低折射率n1的Al0.85Ga0.15As，則隨著膜厚的增加反射率減少。當膜厚度成為(λ/4n1)，由于向著拐點①前進，故監(jiān)測該拐點并切換為淀積高折射率n2Al0.85Ga0.15As層。這樣一來，當Al0.85Ga0.15As層的膜厚增加時，反射率雖然會增加下去，但由于膜厚度為(λ/4n2)時到達拐點②，故再次切換為淀積低折射率n1的Al0.2Ga0.8As。通過反復(fù)進行這一操作，DBR鏡子，其反射率在反復(fù)低反射率和高反射率的同時變動，反射率增加下去。
這種反射率分布不依賴于晶體生長速度或生長時間，僅僅依賴于各層的膜厚。因此，在反射率分布曲線的拐點(1次微分值為0)上改變正在疊層的層的Al組分，使之交互外延生長折射率不同的層，用這種辦法就可以得到各層具有理論具有理論計算的厚度(λ/4n)的DBR鏡子103。
由于DBR鏡子103本身的反射率可以在整個晶體生長中測定，則若進一步在層形成中改變DBR鏡子103的對數(shù)，可以求得構(gòu)造的最佳化。
此外，由于以從拐點測到的各層的生長速度為基礎(chǔ)，上部的各層的膜厚也可以用DBR鏡子103控制，故與現(xiàn)有的管理生長時間的成膜方法相比，是一種重復(fù)性好，而且吞吐率高的方法，故可以制作晶體生長基板。這際上，用本實施例的生長方法，可用良好的控制性得到具有面發(fā)光式激光器工件所必需的99.5％以上的反射率的DBR鏡子。
另外，上述的膜厚控制方法，不僅可使用于MOVPE法，也可以使用于其他的成膜工藝例如MBE法等等中去。
其次，在示于圖4B，圖4C的工藝中采用RIBE法的時候，對使用了上邊說過的反射率監(jiān)測方法的實施例進行說明。
在這里，在進行該刻蝕之際，為了正確地得到作為光檢測部分100B的第2導電型半導體層的n型Ga0.85Al0.15As層101B2的膜厚，應(yīng)用了示于圖10的刻蝕裝置。
圖10是可以一邊刻蝕一邊測定外延層的反射率的RIBE裝置的示意圖。
該RIBE裝置，在刻蝕室230上連接有等離子體室240和構(gòu)成排氣裝置的真空泵232?？涛g室230在與上述等離子體室240相向的位置上具有用于載置基板S的支架234。該支架234介以裝載聯(lián)鎖(load lock)室250被設(shè)置為可以自由地進退。在刻蝕室232的等離子體室240一側(cè)的側(cè)壁上，在相向的位置上設(shè)有監(jiān)視窗236和238。而在刻蝕室230的里邊，在在把上述監(jiān)視窗236和238連起來的線上設(shè)置一對反射鏡M1和M2。在一方的監(jiān)視窗236的外方設(shè)置有光源226，在另一方的監(jiān)視窗238的外方設(shè)置有光檢測器228。此外，等離子體室240把微被導入部244和用于向等離子體240供給反應(yīng)氣體的氣體供應(yīng)部分246和248連結(jié)起來。在等離子體室240的周圍設(shè)有磁鐵242。
在這種RIBE裝置中，用通常的方法對已形成于基板S上的晶體層進行刻蝕的同時，介以監(jiān)視窗236和反射鏡M1把從光源照射出來的光照射到基板S上，并介以反射鏡M2和監(jiān)視窗238，用光檢測器228測定其反射光。用這樣的辦法就可以監(jiān)測基板S上的晶體層的反射率。
圖1示出的是用示于圖10的刻蝕裝置刻蝕n型Ga0.85Al0.15As層101B和DBR鏡子103時的各層的反射率隨時間的變化。該圖11與把示出了外延生長過程的圖8的時間軸倒過來的圖相同。因此，通過監(jiān)測反射率分布，如圖4B所示，就可以嚴密地控制使第2導電型半導體層101B的表面露出來時的刻蝕終點。還可以嚴密地控制用于把之后進行的圖4C的第2導電型半導體層101B刻蝕到規(guī)定的膜厚的膜厚管理。
而且，在本實施例中，在進行示于圖3的各層的外延生長時，由于可以事先監(jiān)測其成膜時的反射率分布，故可以利用這種成膜時的反射率分布嚴密地控制DBR鏡子103和第2導電型半導體層101B的刻蝕。另外，以其反射率分布為依據(jù)的刻蝕也可應(yīng)用于DBR鏡子103的上部的各層的刻蝕。
圖12示出的實施例是把上述實施例所涉及的帶光檢測部分的半導體激光器裝置100應(yīng)用到位置檢測傳感器中去的實施例。若采用這種傳感器，則在應(yīng)檢測位置的被檢測對象300上例如形成凹下部分302。從發(fā)光部分100A射出來的激光在該凹下部分302和除此之外的區(qū)域上被反射，用已設(shè)置在發(fā)光部分100A的周圍的比如說兩個光檢測部分100B檢測其反射光。然而，發(fā)光部分100A和光檢到部分100B以圖形化精度正確地被配置于同一基板102上邊。因此，通過對用這兩個光檢測部分100B所檢測到的反射光的受光量的比率進行監(jiān)測的辦法，就可以檢測被測定對象300的位置。在光檢測部分100B為一個的情況下，可用該一個光檢測部分100B檢測的受光量檢測被測對象300的位置。
圖13示出的實施例是把本實施例所涉及的帶檢測部分的半導體激光器裝置應(yīng)用到壓力傳感器中去的實施例。這種激光器裝置100被配于基臺400上，因作用壓力而變位的變位構(gòu)件比如說金屬膜402，介以彈性體如橡膠404，被配置到基臺400上邊。在該壓力傳感器中，和示于圖12的位置檢測傳感器的情況下一樣，例如從中央的發(fā)光部分100A射出來的激光，被金屬薄膜402的背面反射，并用多個光檢測部分100B檢測其反射光。而且，通過對用該多個光檢測部分100B檢測到的受光量的比率進行監(jiān)測，就可以檢測出作用到金屬膜402上的壓力的大小。
光檢測部分100B還可以用于監(jiān)測從發(fā)光部分100A射出的激光的強度。一般這種類型的半導體激光器被密封于管帽里邊。在這種情況下，形成于管帽上的用于取出光的玻璃窗可加工為使之把例如1％的光向著光檢測部分100B反射。而且，從發(fā)光部分100A射出來的激光光被管帽的玻璃窗反射，就可以用光檢測部分100B檢測這一反射過來的微弱的光。這時，若檢測到的反射光的強度降低，則判斷為半導體激光器的輸出降低，通過用APC(自動功率控制)電路向半導體激光器中流入更多的電流，就可以進行光輸出功率的自動控制。
此外，本發(fā)明并不受限于上述實施例所舉出的裝置，在本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)可以有各種各樣的變形實施例。本發(fā)明的帶光檢測部分的半導體激光器裝置并不受限于被應(yīng)用在上述位置檢測傳感器、壓力傳感器等等中，也可以應(yīng)用到高傳送速度光纖鏈路、高速光耦合器、光驅(qū)動器、光空間傳送、光拾波器等等?？梢愿鶕?jù)這些用途決定是否要用隔離溝116等對發(fā)光部分100A和光檢測部分100B之間施行電絕緣。
另外，本發(fā)明方法不限于用示于圖3A到圖5B的步驟或順序來進行，其他的各種各樣的變形實施是可能的。例如，在進行用于形成圖3B的柱狀部分114的刻蝕時，也可以同時對光檢測部分100B一側(cè)的外延層進行刻蝕。然后，還可以對含有光檢測部分100B一側(cè)的剩下的DBR鏡子103及第2導電型半導體層101B的外延層連續(xù)地進行刻蝕，直到得到規(guī)定的第2導電型半導體層101B2的膜厚。再者，還可以改換工序順序，比如，把圖5B的上部電極112、電介質(zhì)多層膜鏡子111的形成工序放在圖4A的工序之前進行。
權(quán)利要求
1.一種具有光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器，其特征是具有半導體基板，分別形成于上述基板上的第1，第2區(qū)域上的第1導電型半導體層，分別疊層于上述第1，第2區(qū)域上的第1導電型半導體層上的第2導電型半導體層，形成于上述第1區(qū)域的上述第2導電型半導體層上邊且向與上述半導體基板垂直的方向上射出光的光諧振器、且上述第1區(qū)域的上述第2導電型半導體層其厚度被形成為大于1μm，并被用作用于向上述光諧振器注入電流的下部電極，在上述第2區(qū)域中，用上述第1，第2導電型半導體層構(gòu)成光電二極管，而且，在上述第2區(qū)域上構(gòu)成上述光電二極管的上述第2導電型半導體層被形成為厚度為不足1μm。
2.權(quán)利要求1中所述的帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器，其特征是上述第1區(qū)域中的上述第2導電型半導體層的厚度是5μm以下。
3.權(quán)利要求2中所述的帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器，其特征是上述第1和第2區(qū)域的上述第2導電型半導體層的載流子濃度為5×1017～2×1019cm-3。
4.權(quán)利要求1中所述的帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器，其特征是上述第1區(qū)域中的上述第2導電型半導體層的厚度為2～3μm。
5.權(quán)利要求4中所述的帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器，其特征是上述第1和第2區(qū)域的上述第2導電型半導體層的載流子濃度為1×1018～1×1019cm-3。
6.權(quán)利要求1中所述的帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器，其特征是上述第2區(qū)域中的上述第2導電型半導體層的厚度為0.8μm以下。
7.權(quán)利要求1中所述的帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器，其特征是上述第2區(qū)域中的上述第2導電型半導體層的厚度為0.5μm以下。
8.權(quán)利要求1～7中的任一權(quán)利要求所述的帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器，其特征是上述光諧振器具有一對反射鏡，多層的半導體層，它形成于上述一對反射鏡之間，且至少包括活性層和包層，且，上述多層的半導體層的至少含有上述包層的上層一側(cè)被作成為已形成為柱狀的柱狀部分，在柱狀部分的周圍埋入形成絕緣層，再設(shè)以面對上述柱狀部分的端面有開口的上部電極，把上述一對鏡子之中的光射出一側(cè)的鏡子形成為把上述開口覆蓋起來。
9.權(quán)利要求8中所述的帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器，其特征是上述一對反射鏡中，形成于上述第2導電型半導體層上邊的鏡子是半導體多層膜鏡子，上述光射出一側(cè)的鏡子是電介質(zhì)多層膜鏡子，上述一對鏡子之間形成的上述多層的半導體層包括下述各層形成于上述半導體多層膜鏡子上邊的第1包層，形成于上述第1包層上邊的量子阱構(gòu)造的活性層，形成于上述活性層上邊的第2包層，形成于上述第2包層上邊的接觸層。用上述第2包層和上述接觸層構(gòu)成上述柱狀部分。
10.權(quán)利要求1中所述的帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器，其特征是上述第1區(qū)域的上述第1導電型半導體層與上述第2區(qū)域的上述第1導電型半導體層電絕緣，上述第1區(qū)域的上述第2導電型半導體層與上述第2區(qū)域的上述第2導電型半導體層電絕緣。
11.一種帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器的制造方法，其特征是在半導體基板上的第1區(qū)域上形成面發(fā)光式半導體激光器，在上述半導體基板上的第2區(qū)域上形成光電二極管的時候，具有下述工序(a)在上述半導體基板上的第1，第2區(qū)域上共同順次外延生長第1導電型半導體層，厚度為1μm以上的第2導電型半導體層，由一對反射鏡及形成于反射鏡之間的多層半導體層形成的光諧振器之中，除去光射出一側(cè)的反射鏡之外的各層的工序；(b)對上述外延生長層的上述第1區(qū)域，把至少含有包層的上述多層的半導體層的上層一側(cè)刻蝕成柱狀以形成柱狀部分的工序；(c)在上述柱狀部分的周圍埋入形成絕緣層的工序；(d)形成面向上述柱狀部分的端面有開口的上部電極的工序；(e)形成光射出一側(cè)的反射鏡，把上述開口覆蓋起來的工序；(f)對上述第2區(qū)域的上述外延生長層進行刻蝕，直到上述第2導電型半導體層的中間部分，把上述第2區(qū)域的上述第2導電型半導體層的厚度形成為不足1μm的工序。
12.權(quán)利要求11中所述的帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器的制造方法，其特征是在上述工序(a)中，上述第2導電型半導體層的載流子濃度定為5×1017～2×2019cm-3，把上述第2導電型半導體層的厚度形成為5μm以下。
13.權(quán)利要求11中所述的帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器的制造方法，其特征是在上述工序(a)中，上述第2導電型半導體層的載流子濃度定為1×1018～1×1019cm-3，上述第2導電型半導體層的厚度形成為2-3μm。
14.權(quán)利要求11至13的任一項權(quán)利要求中所述的帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器的制造方法，其特征是在上述工序(f)中，上述第2區(qū)域的上述第2導電型半導體層的厚度形成為0.8μm以下。
15.權(quán)利要求11至13的任一項權(quán)利要求中所述的帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器的制造方法，其特征是在上述工序(f)中，上述第2區(qū)域的上述第2導電型半導體層的厚度形成為0.5μm以下。
16.權(quán)利要求11中所述的帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器的制造方法，其特征是在上述工序(a)中，至少在第2導電型半導體層及其上層的上述鏡子的外延生長時，把規(guī)定波長的光向上述第2導電型半導體層及其上層的上述鏡子上照射，并檢測其反射光譜、測定其反射率分布，用這種辦法控制上述第2導電型半導體層及其上層的上述鏡子的膜厚。
17.權(quán)利要求11中所述的帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器的制造方法，其特征是在上述工序(f)中，至少在刻蝕第2導電型半導體層及其上層的上述鏡子的時候，向上述第2導電型的半導體層及其上層的上述鏡子上照射規(guī)定波長的光，檢測其反射光譜并測定其反射率分布，用這種辦法控制上述第2導電型半導體層及其上層的上述鏡子的刻蝕量。
18.權(quán)利要求11中所述的帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器的制造方法，其特征是還設(shè)有使上述第1區(qū)域的上述第1導電型半導體層與上述第2區(qū)域的上述第1導電型半導體層之間電絕緣，使上述第1區(qū)域的上述第2導電型半導體層與上述第2區(qū)域的上述第2導電型半導電型半導體層之間電絕緣的工序。
19.一種帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器的制造方法，其特征是在半導體基板上的第1區(qū)域上形成面發(fā)光式半導體激光器，在上述半導體基板上的第2區(qū)域上形成光電二極管的時候，具有下述工序(a)在上述半導體基板上的上述第1，第2區(qū)域里，共同地順次外延生長第1導電型半導體層，厚度為1μm以上的第2導電型半導體層、半層體多層膜鏡子、第1包層、量子阱構(gòu)造的活性層、第2包層、接觸層的工序；(b)把上述第1區(qū)域的上述外延生長層刻蝕成柱狀，一直刻蝕到上述第2包層的中間深度，以形成由上述第2包層和接觸層構(gòu)成的柱狀部分的工序；(c)在上述柱狀部分的周圍埋入形成絕緣層的工序；(d)形成面對上述柱狀部分的端面有開口的上部電極的工序；(e)形成電介質(zhì)多層膜鏡子，把上述開口覆蓋起來的工序；(f)對上述第2區(qū)域的上述外延層進行刻蝕，一直刻蝕到上述第2導電型半導體層的中間深度，以把上述第2區(qū)域的上述第2導電型半導體層的厚度形成為不足1μm的工序。
20.一種傳感器，其特征是具有權(quán)利要求10中所述帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器，把從上述光諧振器射出來的激光向位置變化的被測定對象上照射，用上述光電二極管接受其反射光以檢測上述被測定對象的位置。
21.權(quán)利要求20中所述的傳感器，其特征是具有分別接受由一個上述諧振器射出來的激光的上述反射光的多個上述光電二極管，并依據(jù)用多個上述光電二極管分別檢測到的受光量的分布檢測上述被測定對象的位置。
22.一種傳感器，其特征是具有權(quán)利要求10中所述的帶光檢測部分的面發(fā)光式半導體激光器、并把由上述光諧振器射出來的激光照射到相應(yīng)于作用壓力而變位的構(gòu)件上，用上述光電二極管接受其反射光，以檢測作用到上述變位構(gòu)件上的壓力的大小。
23.權(quán)利要求22中所述的傳感器，其特征是具有分別接受由一個上述光諧振器射出來的激光的上述反射光的多個上述光電二極管，并依據(jù)用多個上述光電二極管分別檢測到的受光量的分布，檢測作用到上述變位構(gòu)件上的壓力的大小。
全文摘要
帶光檢測部的面發(fā)光式半導體激光器，其發(fā)光部激光器振蕩特性和光檢測部光電變換特性均良好。在半導體基板上的第1第2區(qū)域上，疊層形成第1和第2導電型半導體層。第1區(qū)域中第2導電型半導體層上形成與基板垂直發(fā)出光的光諧振器。第2區(qū)域中用第1第2導電型半導體層構(gòu)成光電二極管。第1區(qū)域中第2導電型半導體層厚1μm以上并用作向光諧振器注入電流的下部電極。構(gòu)成光電二極管的第2導電型半導體層，在刻蝕后厚不足1μm。
文檔編號G01D5/26GK1152801SQ9611061
公開日1997年6月25日 申請日期1996年7月10日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月11日
發(fā)明者森克己, 近藤貴幸, 金子丈夫 申請人:精工愛普生株式會社