专利名称：GaAs基激光器制造方法和GaAs激光器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种在GaAs基激光器任意结构上获得氮化物层的方法，以及通过该方法形成的GaAs基激光器(GaAs based laser)。
本发明主要涉及一种控制GaAs基激光器波导中损耗的方法。
在共同未决的美国申请No.09/924605中披露了一种解决激光器端面降质问题的方法。
背景技术：
高功率980nm激光二极管主要用于泵浦掺铒光纤放大器(EDFA)。其他应用可以为掺铥光纤放大器和Er/Yb掺杂光纤，以及使用900...1100nm波带中的稀土过渡金属的波导。GaAs基泵浦激光器有两个主要的失效机理，即激光器端面的降质和波导中的缺陷。已知光吸收导致的激光器端面降质，通过灾难性光学损伤(COD)引起突然失效，并且是装置失效的一个主要原因。如果通过适当的激光器端面钝化技术控制COD，则可控制波导缺陷。
波导中的损耗来源于·波导的粗糙引起的光散射；·表面处杂质的非辐射复合，或者表面态的复合。
湿法化学蚀刻过程常形成极平滑的波导。以前的干蚀刻方法，如活性粒子蚀刻(RIE)或化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)，对于蚀刻深度和壁拓扑结构均产生非常高的处理控制。不过，这些干蚀刻方法与湿蚀刻方法相比，产生更加粗糙的表面。粗糙表面增加了光散射以及表面复合率。这两种效果对于高级泵浦激光器来说都是有害的。散射将降低效率。通过粗糙且非阻挡表面进入的杂质对于泵浦激光器更加有害。杂质和表面态将促进非辐射复合，从而产生热。热进一步使材料和表面降质，从而产生更多热量。该过程将加速并最终使该装置失效。
相关技术US 4448633披露了一种通过暴露于低压氮等离子体而钝化III-V族混合物半导体表面的方法。III族元素形成III族元素氮化物。该方法称作氮化。所生成的物质具有III族元素氮化物表面层，保护该物质不受环境退化的影响，同时减小表面态密度，并允许表面层逆温(inversion)。氮化分两步进行。在低温(400-500℃)下进行第一步，以防止表面由于损失V族元素而分解。暴露于0.01-10托压力的氮等离子体下，导致初始III-氮化物层厚度为大约20-100。在相同等离子体条件下升温(500-700℃)执行第二步。此处，以更快速度进行氮化，产生更厚的氮化层(200-1000)。在当前的条件下，如果等离子体压力在0.01至大约0.5托范围内，则所产生的III涂层是多晶的，并且当压力在1到10托范围内时是单晶的。
US 5780120描述了一种基于III-V族混合物制备激光器端面的方法。该方法包括下述步骤1) 切割出激光器的端面。
2) 将激光器的端面放置在可获得大约10-7毫巴(mbar)到大约10-8毫巴压力的罩内，经历用脉冲激光器照射进行的清洁步骤。
3) 使用相同的脉冲激光器切割靶子，使暴露在外的端面受到钝化处理，即沉积2-20的Si或GaN。
通过在具有电子回旋共振(ECR)等离子体的氮气氛围中用脉冲激光器熔化液镓靶子而进行沉积。可以使用相同的脉冲激光器沉积附加薄膜，如金刚石状碳(DLC)，金刚砂SiC或氮化硅Si3N4。这些涂层在激光器波长处是透明的，并且抗氧化。可以使用脉冲准分子激光器在氯或溴氛围中执行在钝化步骤之前的清洁步骤。该文献提出如果沉积GaN而非沉积Si，则不需要附加涂层。还提出III-N层是抗氧化的。
US 5834379描述了一种合成宽带隙材料，特别是GaN的方法，采用通过NH3进行的等离子体辅助热氮化将GaAs转变成GaN。可以使用该方法在GaAs基片上形成大厚度(1微米量级)的GaN层。使用NH3的等离子体辅助氮化主要形成立方GaN。该文献的目的在于形成足够厚的GaN层，并没有直接涉及到激光器端面钝化。不过，其基本原理在于使用等离子体源进行氮化。在GaN薄膜生长过程中使用这类方法。
上述专利提出了使用氮等离子体氮化III-V族半导体的概念。
US 4331737描述了一种氮氧化合物薄膜，其包含Ga和/或Al，且O/N比率至少为0.15。通过采用例如化学汽相沉积(CVD)技术获得该薄膜。可通过例如改变基片与物质输送源之间的距离，或者通过改变运载气体中所包含的氧化气体的比例而改变薄膜中的O/N比率。该薄膜可以用作III-V化合物半导体如GaAs的表面钝化膜，或者用作IG-FET活性表面的绝缘膜，或者作为光学增透膜。
EP 0684671描述了一种方法，包括氧化还原，氢钝化和沉积保护涂层。该方法的所有步骤都使用相同的PECVD反应器，以避免暴露于氧。将切开的端面(cleaved facet)(暴露于空气从而被氧化)放置在反应器中。第一步使用氢等离子体，减小V族氧化物含量，并钝化非辐射复合中心。通过氨等离子体去除III族氧化物，并且激光器端面恢复其成分化学计量状态，并且不受污染物的影响。然后通过沉积SiN(x)或AlN(x)进行涂覆。通过产生氮组分梯度还可以获得最小应力。
US 5668049披露了一种制造GaAs基半导体激光器的方法。一般在环境大气中将经过完全处理的晶片切成激光棒。将激光棒放置在真空沉积室中(最好为ECR CVD室)，暴露于H2S等离子体中。认为氢将去除天然氧化物，而硫与Ga和As结合，从而降低表面态密度。在暴露之后，在真空沉积室中用保护介电(例如氮化硅)层涂覆切割端面。该专利声称该方法可实现高生产率，并能产生高功率工作的激光器。
US 5144634披露了一种在半导体激光器二极管制造过程中钝化反射镜的方法。该方法的关键步骤为(1) 形成无污染反射镜端面，然后(2) 在原处涂覆连续、绝缘(或低导电性)钝化层。
用对于能与半导体反应但其本身不与镜面反应的杂质起扩散势垒作用的材料形成该层。通过在无污染环境中切割，或在空气中切割，然后通过反射镜蚀刻，并在之后进行镜面清洁，获得无污染镜面。钝化层包括Si，Ge或Sb。还提出第二层含有Si3N4的Si层。
EP 0474952提出另一种将半导体激光二极管的蚀刻反射镜端面钝化，以增强装置可靠性的方法。蚀刻反射镜端面首先经受湿法蚀刻处理以基本上去除任何天然氧化物以及反射镜蚀刻处理之前可能已经机械损伤的任何表面层。然后实施钝化预处理，从而去除所有的残留氧，并形成可永久减少反射镜端面处少数载流子非辐射复合的次级单层。Na2S或(NH4)2S可以用作预处理溶液。硫使表面电子态钝化，否则表面电子态是有效的非复合中心。最后，用Al2O3或Si3N4涂覆经过预处理的镜面，以避免任何环境影响。
EP 0774809描述了一种提供新型钝化层的方法，能使具有由激光器端面限定的激光腔的半导体激光器的可靠性提高。在优选实施例中，该钝化层为形成在基本无污染激光器端面上的硒化锌层(例如5nm)。更一般的情况下，钝化层包括Mg，Zn，Cd和Hg其中至少之一，和S，Se和Te其中至少之一。一般，通过在真空中切割而形成端面，并随后在端面上原处沉积新型钝化层材料。
US 5851849描述了一种在表面形态中通过严格步骤将半导体激光器结构钝化的方法。该技术包括原子层沉积，以产生具有特殊覆盖度和均匀性的钝化层，即使在沟槽纵横比为5那样大的沟槽特性情形中也是如此。此外，通过该方法产生的钝化具有极好的环境稳定性，并且提供保护以防止空气中的污染物引发降质。在真空室中进行涂覆处理。该方法的主要特征在于通过多个处理周期形成涂层，其中每个周期基本产生单层钝化膜。在此处所述的特定示例中，钝化膜为Al2O3，反应气体为三甲基铝[(CH3)3Al]。
上述专利主要述及不同钝化方法。一般，这些方法复杂且包括至少两步。在某些情形中，使用特殊技术和/或材料(气体，母体等)。不过这些处理中的大多数意在减小表面态密度，而表面态密度是抑制COD的一个重要因素。
C.Lindstrm和P.Tihanyi的文章“Cleaning of GaAs Surfaceswith Low-Damage Effects Using Ion-Beam Milling”(the Journal IEEETrans.on electron Devices，Vol.ED-30，No.6，1983年6月)，用离子束研磨激光二极管镜面，如俄歇深度分布(Anger depth profiling)所决定的，蚀刻深度为50-100 ngstrm，氧原子百分比减小97-99％。同一篇报道论证了用重Ar离子与更轻的N离子进行研磨时的差别。重要的结果是研磨过程中N离子对于激光二极管性能没有可以测量出的有害影响，而用Ar离子研磨对性能产生负面影响。在用Ar离子研磨140ngstrm研磨深度之后，输出功率和功率转换效率开始下降。不过，在研磨过程中引入N离子，对于所研究的研磨深度，即200ngstrm，没有观察到参数改变。
在该文章中还描述了Ar离子研磨之后N离子研磨对激光器性能的影响。此处，较轻的N离子去除由较重Ar离子所引起的损伤，并且使变劣的功率输出性能得到恢复。从这些观察结果得出的结论是，N离子研磨使镜面平滑，成为与观察到的在表面态数量相应减小的晶面中机械切割出的表面相似的均匀表面。
Ren等人的文章“Low resistance ohmic contacts on nitrogen ionbombarded InP”(Appl.Phys.Lett.65，2165(1994))报道了用低能(100-300eV)氮离子研磨的InP表面的电学和化学特性。通过次级离子质谱(SIMS)分析证明含有氮，并且通过透射电子显微境(TEM)证实形成了多晶InN。在该方法中，通过研磨还去除样品表面上的天然氧化物。
Suzuki等人的文章“Nitridation of an InP(100)surface by nitrogenion beams”(Appl.Surf. Sci.162-163，172(2000))描述了对通过低能氮离子研磨进行InP(100)氮化的研究。研究者使用X-射线光电子分光光谱(XPS)进行化学分析，并证实键合态。离子能量在100eV至1KeV范围内。经过研磨的表面呈现出In-N，In-N-P和P-N键合态。通过退火(400℃)In-N-P消失，表明与In-N相比，这些键的结合能更低。不过，由于溅射腐蚀，氮化效率随着离子能量的增大而减小。
C.F.Carlstrm和S.Anand的文章“Characterization of damage inInP dry etched using nitrogen containing chemistries”(J.Vac.Sci.Technol.B(Sept/Oct 2001出版)谈到使用蚀刻化学中包括氮离子研磨在内的不同含氮处理方法蚀刻InP。以75eV进行研磨，表面极为光滑，rms.粗糙度＜1nm。接近表面处存在薄含氮层。在磷化氢环境下进行高温处理(650℃)，去除所含有的大多数氮。
Yu等人的文章“Synthesis of InNxP1-x thin films by N ionimplantation”(Appl.Phys.Lett.78，1077(2001))描述了用于形成薄InNxP1-x层的氮的注入。随后用选定能量注入氮离子，形成350nm厚的层，并且通过在流动氮(罩附近)中进行快速加温退火(RTA)，形成InNP合金层。
虽然上述文章关注不同问题，不过都包含有在氮离子研磨期间将氮包含到InP中的内容。此外，结果表明，N同时与In和P结合，后者不够稳定。必须优化氮化过程，以便该层中主要具有In-N。同时表面必须光滑。上面列出的最后一篇文章(Yu等)提出另一种形成氮化层的方法，不过限于没有获得全InN层。不过，提出在用离子研磨进行氮化后，RTA可以作为必不可少的附加步骤。
GaAs的氮化引起人们的极大关注。主要关心的一点是减小表面态密度，并且注意力常常放在金属绝缘体半导体(MIS)结构上。(不过，该方法和/或结果对于激光器端面的制备也有效)下面，概述了几篇选定的参考文献，将更多的注意力放在等离子体辅助氮化机制。
Hara等人的文章“Nitridation of GaAs using helicon-wave excitedand inductively coupled nitrogen plasma”(J.Vac.Sci.Technol.B 16，183(1998))说明了通过包含氮和氩和/或氮和氧混合物的特定等离子体处理进行的GaAs氮化。不过，没有提到纯氮等离子体。作者通过X-射线光电子分光光谱(XPS)分析表明形成了GaN键，并且在某些条件下仅发现少量的Ga和As低氧化物。表明了氮化抑制了氧化物形成。作者使用该方法研究了MIS装置的C-V性质，并发现其性质得到改进。另外，对于呈现较低表面/界面态密度的经过处理的样品而言，光致发光效率较高。这一文献明显将重点放在MIS方面，没有提到可应用于泵浦激光器的相同方法。
Izumi等人的文章“Surface cleaning and nitridation of compoundsemiconductors using gas-decomposition reaction in Cat-CVD method”(Proc·Int.Vac.Congress，31 aug.-4 sept.，Burmingham，UK，1998)描述了在催化CVD(cat-CVD)系统中使用含氨的气体分解反应清洁和氮化GaAs表面。作者使用XPS研究表面附近的化学键合态。他们声称经过其处理之后氧相关峰消失。提出氨离解产生氢，通过去除氧化物而清洁表面，并且在氮中通过交换反应形成Ga-N。即，氮有效地置换As。该文献仅提到MIS应用。
L.A.DeLouise的文章“Nitridation of GaAs(110)using energeticN+and N2+ion beams”(J.Vac.Sci.Technol.All，609(1993))和“Reactive N2+ion bombardment of GaAs(110)A method for GaN thinfilm growth”(J.Vac.Sci.Technol.A10，1637(1992))使用XPS用氮离子束(500eV至3KeV)进行轰击分析GaAs(110)的氮化。证明与Ar相比，使用氮获得更低表面密度，这是由于主要形成了稳定的Ga-N键。这两篇文章再次涉及MIS类应用，并且离子能量相对较高。
Masuda等人的文章“NH3plasma nitridation process of 100-GaAssurface observed by XPS”(J.J.Appl.Phys.Part 1，34 1075(1995))描述了对使用氨等离子体的GaAs氮化进行XPS研究，表明形成了Ga-As-N层。不过，作者声称在某些情况下由于As的解吸附作用仅形成Ga-N层。还指出该层抗氧化。
Sauvage-Simkin等人的文章“XPS investigation of GaAs nitridationmechanism with an ECR plasma source”(Phys.Stat.Solidi A176，671(1999))描述了根据XPS研究，在暴露于氮ECR等离子体的GaAs样品中形成了β-GaN。证明形成了非晶形层，这有利于结合氮，不过应该加以控制以使Ga-N键稳定。
Losurdo等人的文章“III-V surface plasma nitridationA challengefor III-V nitride epigrowth”(J.Vac.Sci.Technol.A 17，2194(1999))描述了存在氢时氮化效率提高。提出氢增强V族元素的解吸附作用。
Goldman等人的文章“Nanometer scale studies of nitride/arsenideheterostructures produced by nitrogen plasma exposure of GaAs”(J.Electronic Mat.26，1342(1997))描述了使用先进的工具，扫描隧道显微镜(STM)，研究GaAs的等离子体氮化。作者发现氮化层并非连续膜，正如上面报道的其他文献中也发现这一点一样。而是包括缺陷(As-N)和簇(用As稀释的GaN)。这些结果表明还可形成可能对装置性能有害的缺陷。不过，如果使用适当的氮化条件和退火步骤，可以使缺陷最少。
Anantathasaran等人的文章“Surface passivation of GaAs by ultra-thin cubic GaN layer”(Appl.Surf.Sci.159-160，456(2000))描述了使用氮等离子体形成薄立方GaN层，并且使用XPS和RHEED分析样品。所有这些处理均在超高真空(UHV)下进行。PL测量表明与生成态样品相比，强度幅值增加一个量极，显示良好的氮化层钝化特性。
该文献的主要意义在于可使用氮等离子体进行GaAs的氮化。上述的某些文章还提到通过氮离子轰击进行氮化。大多数所述文献涉及到用于激发的MIS结构，没有明确提出通过氮化将泵浦激光器端面钝化。某些报道还指出所形成的氮化层不均匀，可能需要某些附加处理步骤如退火。
有两篇文章描述了激光器端面的钝化。
Horie等人的文章“Reliability improvement of 980nm laser diodeswith a new facet passivation process”(IEEE Jour.of selected topics inquantum electronics 5，832(1999))说明使用三步法端面制备可以改善激光器性能。在空气中切割激光棒，从而提高生产率。不过，该端面制备过程包括在真空条件下进行的三个步骤，使其稍显复杂。该过程本身包括低能Ar离子研磨，随后的Si层沉积，以及最后的AlOx涂层沉积。此处的问题在于在Ar研磨之后，表面不能暴露于外界空气。没有提到氮研磨。
Hashimoto等人的文章“A highly reliable GaInAs-GaInP 0.98μmwindow laser”(IEEE J of quantum electronics 36，971(2000))描述了注入氮，随后使用RTA引起端面处活性区域附近的原子内扩散。其基本机理是通过选择性氮注入产生缺陷。根据RTA，缺陷有助于增大原子内扩散，使端面附近的带隙增大(窗口激光器)。不过，在该文献中作者没有描述注入等的细节。没有提到氮化效果或者更确切地说没有评述含低氮合金的形成。不过，正如从光致发光(PL)测量可以看出，其氮注入和RTA过程确实表明带隙增大约100meV。
L.Houlet等人的文章“Simulation of mesa structures for III-Vsemiconductors under ion beam etching”(Eur.Phys.J.AP Vol 6，p.273-278(1999))使用多个图例讨论了台面离子研磨中获得的不同形状。讨论了研磨，掩模腐蚀，掩模边缘刻面的角度依赖性以及其与蚀刻分布形成的关系。
问题描述基本上有两种用于形成GaAs基泵浦激光器激光波导的方法，GaAs基片具有三元体系，如具有GaAlAs活性层，或者具有四元体系如具有InGaAsP活性层，或者GaInP活性层，这两种方法即干法和湿法蚀刻。
通常干蚀刻方法的问题在于·粗糙表面，产生减小输出功率的激光束散射损耗。
·没有阻挡杂质与半导体材料反应的钝化层。
·产生大量表面态，从而产生高度非辐射复合的粗糙表面。
湿法化学蚀刻受到下述问题的困扰·处理控制较差。
·由于各相同性蚀刻速度拓扑结构非常有限。
·湿法蚀刻包含大量杂质。没有真正清洁的表面。
·没有阻挡杂质的天然钝化层。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过干蚀刻在GaAs基激光器任意结构上获得氮化物层的方法，使该处的散射损耗最小。
本发明的另一目的在于提供一种通过干蚀刻在GaAs基激光器任意结构上获得氮化物层的方法，阻止任何杂质与活性材料反应。
本发明的又一目的在于提供一种通过干蚀刻在GaAs基激光器任意结构上获得具有较低表面态密度的氮化物层的方法。
本发明的再一目的在于提供一种通过干蚀刻在GaAs基激光器任意结构上获得产生光滑表面和低表面复合率的氮化物层的方法。
本发明的另一目的在于提供一种通过干蚀刻在GaAs基激光器任意结构上获得氮化物层的方法，产生一种使生热最小的激光器结构。
本申请中的方法涉及在晶片外延层一侧上的干蚀刻结构，随后在相同结构上形成天然氮化物层。
通过本发明的干蚀刻方法可形成多种结构，即·限定波导的背脊(Ridge)或台面结构(Mesa-structure)。
·沟槽，例如限定波导，提供阻流或者用于提高导热性。
·具有亚微米分辨率的波纹周期结构，例如DFB和DBR结构。
·蚀刻端面。
可涂覆附加的氮化物层以(i)填充针孔；(ii) 平坦化；以及(iii) 通过具有比GaAs和空气更高的导热系数而散热。
根据本发明的方法将激光器基片的表面氮化，最好在真空室中进行蚀刻处理如用包含原子氮或氮离子的气体进行研磨之后，多个激光器基片依然如最初制造的那样处于晶片上。开始蚀刻处理以形成激光器表面的台面，背脊，沟槽，波纹，端面等，用以限定激光器沟道。在蚀刻处理中引入活性气体如氮，由于它与晶体元素反应，并产生氮化表面层，必然会影响端面性质。
因此，使用化学活性气体和惰性气体以及这些气体的混合物，尤其是氩、氮、氢和氯进行蚀刻处理。用含有离子形式或原子形式氮的等离子体进行下述氮化。
该氮化处理的基本原理是在激光器表面/端面处形成氮化物层，用以(a) 防止化学污染(例如氧化)，(b) 形成更高带隙表面层，以及(c) 还可减小表面/界面载流子复合速度。
激光器表面指包括背脊，台面，波纹，沟槽等的表面激光器端面指大多数情况下垂直于激光器表面的前激光器端面和后激光器端面。
在激光器表面/端面离子研磨过程中氢气(a) 有助于更有效地清洁激光器表面，特别是氧化区域，因为已知氢在去除表面氧化物时很有效，以及(b) 有助于去除III-V晶体中的V族元素，使III族氮化物的形成更加顺利。
通过随后沉积一层附加的氮化物薄膜，可以增强氮离子研磨期间激光器表面上所形成的氮化表面层，特别是如果存在表面中断和针孔的话，则使表面中断和针孔平坦，该氮化物薄膜可以包含3a，4a族金属，诸如下述元素中的任何一种Si，Ga。
通过以下任一种(a) 通过氮离子研磨(用氢或不用氢)所形成的表面氮化物层，(b) 通过氮离子研磨(用氢或不用氢)以及另一沉积的氮化物薄膜表层，或者(c) 用中度氮离子研磨随后通过中性原子氮氮化产生无污染表面。
在涂覆之前，可以用氮化物钝化层涂覆界面处非辐射载流子复合减至最小特性的钝化层密封所产生的无污染表面。反之，直接在所产生的无污染表面上沉积涂层可能会通过氮化物镜面涂层界面处的界面状态产生显著的非辐射载流子复合。
因此，本发明涉及一种使用干蚀刻在从包括GaAs，GaAlAs，InGaAs，InGaAsP和InGaAs的组中选择出的材料上获得无污染(GaAlAs-InGaAs)表面的方法，以便在GaAs基激光器任意结构上获得氮化物层的方法，该方法包括·用掩模遮蔽部分表面以防止干蚀刻，形成激光器表面；·把激光器放置在真空中；·使用下列材料进行干法蚀刻化学活性气体，惰性气体，化学活性气体与惰性气体的混合物；·使用提取束(extracted beam)用含氮的等离子体产生天然氮化物层；·添加保护层和/或镜面涂层。
该方法还可以包括使用包括从化学惰性和活性气体如氮，氢，氩和卤素化合物(例如Cl，Br或I基化合物)，和烃类气体(例如CH4和C2H6)，以及这些物质的混合物的组中选择出的至少一种物质的物质辅助等离子体开始干法蚀刻。在使用氮辅助等离子体获得无污染表面之后可以将端面钝化。可以用氮辅助等离子体或者物质为氮和另一种气体的混合物的等离子体，用氮逐渐置换其他气体直到仅提供氮等离子体，进行干法蚀刻。还可以用不含氮的气体进行干法蚀刻，用氮逐渐置换该气体直至仅提供氮等离子体。氮等离子体可以包含氮离子，原子氮或者分子氮。
可以将氢加入物质辅助等离子体以加强氧化物的去除。
研磨物质可以为氩。则在将从离子氮，原子氮和分子氮组成的组中选择出的元素引入物质辅助等离子体，并与无污染表面反应期间，在无污染表面上开始生长氮化物层。利用天然氮化使不同层之间的界面复合最小，逐渐在无污染表面与生成的氮化物层之间形成界面。
氮化物层最好与提取束一起使用含氮等离子体，该氮化物层包括从AlN，GaN，InN，InAsN组成的组中选择出的至少一种材料。最好使用活性等离子体结合从2b，3a，4a和5a族选择出的至少一种元素，如Si，Ga，Zn，Al，在天然氮化物层上形成一层附加的原处(insitu)或非原处(exsitu)沉积的薄氮化物膜。在添加保护层和/或镜面涂层之前，至少可以添加另一薄膜以进一步减小界面复合。在原处或非原处沉积该薄膜之后可以增加另一薄膜或多个薄膜，以便在形成保护层和/或镜面涂层之前进一步减小界面复合。
真空可以为10托至10-11托之间，最好小于10-7托的真空。气体可以为从包含氩，氮，氢和氯的组中选择出的至少一种元素。用特定能量范围0至2000eV，结合从垂直入射角度变化到0°到90°的入射束角，可以增加干蚀刻时的光滑表面形态。也可以用特定能量范围50至500eV，结合从垂直入射角度变化到0°到85°的入射束角，增强干蚀刻时的光滑表面形态。撞击激光器表面的氮是通过电场如射频场或微波场加速的氮离子。氮离子可以由原子或分子形态的氮或者其混合物组成。撞击激光器表面的氮可以为中性氮原子，其用热能撞击表面。
氮化物层可以包括从AlN，GaN，InN，InAsN组成的组中选择出的至少一种元素。可以结合随后进行的退火处理获得沉积和氮化层。在从包括结合在一起的GaAs基激光器的晶片分割之前，可以同时对若干GaAs基激光器进行该处理。可以在晶片上形成由标准光刻过程确定的图案。该图案最好包括光致抗蚀材料，以防止在某些区域内如背脊或台面顶部发生干蚀刻。干蚀刻和氮化可以形成下述具有亚微米分辨率的结构中的至少一种台面，背脊，沟槽，波纹周期结构，用以限定波导端面。周期性结构可以具有亚微米分辨率，如DFB和DBR结构。可以使用光子带隙结构(PB)取代DFB和DBR结构。
可以形成附加的氮化物层来填充针孔以使表面平坦，和/或通过具有比GaAs和空气更高的导热系数而散热。通过干法蚀刻和氮化，可以在晶片前侧蚀刻形成整个激光器基片，包括·晶片表面中向下通过活性区域的第一类凹槽/沟槽，各切口具有三角形形状，其一个侧面通过活性区域垂直于晶片表面，并且具有激光器基片的前端面层，第二个平坦侧面相对垂直切口倾斜，具有高反射层，使前端面层发射的激光束弯曲。
·向下通过活性区域的第二类凹槽/沟槽，具有至少一个朝向活性区域并垂直于晶片表面的侧面，该侧面具有反射率大约95％的高反射层。
本发明还涉及一种GaAs基激光器，包括·第一n-掺杂层，第二p-掺杂层，以及处于第一与第二层之间、具有量子阱的活性区域，每一层包括从GaAs，GaAlAs，InGaAsP和InGaAs组成的组中选择出的一种材料；·处于活性区域中的激光器沟道；·第一层外表面上定义沟道的表面结构；·靠近第一层的外表面除该结构上预定位置以外位置的天然氮化物层；·该天然层外部上的保护层和/或镜面涂层。
可以在天然氮化物层上形成附加的原处或非原处沉积的薄氮化物膜，该氮化物膜包括从2b，3a，4a和5a族中选择出的至少一种元素，如Si，Ga，Zn，Al。在原处或非原处沉积的薄氮化物膜上可以形成另一薄膜或多个薄膜。在保护层和/或镜面涂层下面设置至少另一薄膜以进一步减小界面复合。包括DBR(分布布喇格反射器)，DFR(分布反馈)和光子带隙的结构组中的一种结构决定激光器波长。DBR(分布布喇格反射器)，DFR(分布反馈)具有一维周期性。使用二维光子晶体(2D-PC)产生光子带隙(PBG)效应，以针对给定波长形成反射镜(光子晶体反射镜)。可以在二维半导体晶格结构中形成三角形晶格孔，以便周期性地调节介电常数。可针对给定波长调节晶格常数和孔直径。可以在基片中形成周期d在150至400nm范围内的孔，以限定波长选择反射镜，以从激光器端面侧产生波长稳定的激光输出。孔的截面为三角形，其底面处于基片表面处，并且最好将孔氮化处理。
优点根据本发明的新颖方法基于使用氮作为一种至关重要的成分的离子研磨。使用该方法形成例如激光器波导结构的优点在于五个方面。
·与传统的湿和干蚀刻法相比表面更加光滑，从而使散射损耗最小。
·氮离子束研磨过程可以形成天然氮化物层，其阻止任何杂质与活性材料反应。
·天然氮化物层与非原处沉积的氮化物层相比具有更低表面态密度，从而使相关的复合率最小。
·可以蚀刻出高级拓扑结构，如背脊，沟槽，分布反馈(DFB)和分布布喇格反射器(DBR)以及端面。
·在不改变或损害半导体表面的条件下，可以在天然氮化物层上沉积任选的氮化物层(例如AlN，SiN，GaN，InN，InAsN)或者任何其他层，用以平坦化和散热。
附图简要说明为了更加完全地理解本发明并且为了理解其其他目的和优点，现在参考其实施例的下述描述——如附图中所示，附图中
图1A至1D表示半导体激光器的一种制造方法；图2表示对于本发明激光器的第一实施例，垂直于激光束方向的截面，并表示处于活性激光层上面的背脊；图3为根据本发明激光器结构第二实施例的晶片的部分截面透视图；图4表示平行于本发明激光器第三实施例的激光束方向的截面，并表示处于活性激光层上面的波纹表面；图5A和5B表示平行于本发明激光器第四实施例的激光束方向的截面，并表示在活性激光层上面具有孔的表面，和从相同实施例上面观看的视图；以及图6表示平行于晶片第五实施例的激光束方向的截面，该晶片包括在晶片中直接形成的激光器基片。
具体实施例方式
参照图1A，在制造半导体激光器时，生成半导体二极管晶片W，每个二级管具有一n掺杂层，一p掺杂层和处于其间的活性区域。例如n掺杂层可以包括n掺杂GaAs，p掺杂层可以包括p掺杂GaAs。不过活性区域最好是未掺杂的，可以包含来自周围层的某些掺杂物质。因此是低掺杂的，可以包括若干薄层。
活性区域可以包含AlGaAs和/或InGaAs层。如图1A和1B所示，该晶片可以分成一些更小的晶片部分WP。在应该切开之处用划线SL划割每个晶片部分。如图1C中所示，从而应当将晶片部分WP沿划线SL切成棒B。晶片的另一侧放置在边缘上，并且在每条划线处断开。为了制造棒形激光器基片，在棒切口部分的每一端处形成反射镜端面。如图1D中所示，随后将每个棒切成基片CH。就泵浦激光器而言，一个反射镜端面有高反射率(HR)涂层，另一反射镜端面有增透(AR)涂层。在每个半导体二极管基片的活性区域中通过涂有增透层的激光反射镜在活性区域中横向发射出激光束。上面简单描述的制造方法是常见的。
本发明涉及到在晶片切成棒之前最好在晶片或晶片部分上通过干蚀刻在GaAs基激光器任意结构上获得氮化物层。
图2中第一实施例所示的激光器晶片包括p掺杂层2，n掺杂层3，以及具有量子阱的活性层4。
层3上的无污染(GaAlAs-InGaAs)表面包括从GaAs，GaAlAs，InGaAs，InGaAsP和InGaAs组成的组中选择出的一种材料。应当在GaAs基激光器任意结构上获得氮化物层。
在活性层4中在激光束的沟道5前面并且与沟道5平行，有限定沟道的背脊或台面6。图2中表示出台面。通过干蚀刻形成具有与水平面成夹角的倾斜侧面7和8的背脊或台面，可以是任意的。背脊或台面还具有顶面9，顶面9必须平行于晶片表面。
首先清洁待处理的表面。从而，开始在真空室中对晶片表面进行干蚀刻，例如使用惰性和/或活性气体如氮、氢、氩和氯气，以及其混合气体的离子束蚀刻。干蚀刻步骤中加入活性气体如卤素气体(例如Cl，Br或I基化合物)或烃类气体(例如CH4和C2H6)，有助于保证一旦开始下面的氮化处理步骤，则表面被良好地确定，平坦以及理想配比。这是由于活性气体促进Ga的去除，与物理蚀刻即离子研磨下发生的优先As蚀刻相抗衡。
因此干蚀刻包括开始时使用氩等离子体进行离子研磨。因为氩等离子体产生有效研磨处理，随后为氮研磨，因此这是优选实施方式。另外，在晶体反射镜端面处具有无污染表面的晶体结构，也可以包括下列元素Se和Sb。
其他可用于干蚀刻和氮化步骤的干蚀刻的例子有平行板活性离子蚀刻(RIE)，感应耦合等离子体活性离子蚀刻(ICP)，电子回旋共振等离子体活性离子蚀刻(ECR)，桶形反应器(barrel reactor)和下游反应器(downstream reactor)。也可以使用对本领域技术人员来说众所周知的其他干蚀刻技术(包括上述技术)。可通过例如输送微波电功率，射频电功率或DC电功率进行等离子体激励。
因为已知氢与氧化物反应，去除以水形式存在的氧，在激光器端面的离子研磨过程中的氢气在某些方面有助于减小表面污染，尤其是氧化区域的表面污染。继续这一过程，直至获得无污染表面。如果在离子研磨时使用氩等离子体，通过将氮气加入氩等离子体而使激光器表面钝化，并以步进方式逐渐去除氩，直到仅提供氮等离子体。因此，用氮研磨作为离子束研磨处理中最终的等离子体完成离子研磨，以获得极为光滑的表面形态。
在最靠近层3涂覆包括天然氮化物层的晶片表面沉积层10之后，如下所述，在背脊6的顶面9处形成具有与可控电流源电连接的连接导线(未示出)的导电材料层11。在电流源的控制下泵浦该激光器。从而，顶面9没有氮化物层10。
即使优选渐变界面，本发明也不限于渐变界面。也可以是突变界面。从而通过仅使用氮(离子或原子)并且可添加氢，进行研磨。不过，其重要性在于在干蚀刻之后形成天然氮化物层(10)，因此并非包括表面处形成的成分以外其他成分的氮化物层。最好，不同层之间没有界面。第一天然氮化层包括GaN/InN/AlN/AlGaN。因为对于直接氮离子研磨而言晶体中所含有的氮的浓度不断变化，通过直接执行氮离子研磨，也可以实现没有任何实际突变界面层的氮化处理，在此之前不进行任何其他干蚀刻，或者氮离子研磨过程中没有加入任何其他气体。
可以用至少一个特别沉积的额外氮化物层13，14加强氮辅助离子研磨过程中在表面上所形成的天然氮化物层，以便使第一氮化物膜中的表面中断和可能存在的针孔平坦。该额外的薄膜或这些额外薄膜可包括相同的氮化物，并且是除天然氮化物以外的氮化物，例如SiN，GaN等。可以形成另一额外的薄膜15，以便通过具有比GaAs和空气更高的导热系数而散热。
获得极平坦表面形态的一种方法是通过使用氮作为离子束研磨过程中最终的等离子体而提供极平坦表面形态。与等离子体中的氩相比，当使用氮时在不同半导体材料如GaAs，InP上获得非常光滑的表面。
在沉积层10，13，14和15上形成保护层12。
在施加氮化物层之前，在背脊顶面9上设置掩模。
因此，总之，晶片经历下述处理步骤1. 将晶片放置在10托至10-11托之间，最好小于10-7托的真空中。
2. 晶片应当具有通过标准光刻处理限定的图案。该图案可以包括光致抗蚀材料，以防止某些区域如背脊顶部发生干蚀刻。
3. 使用化学活性气体和惰性气体以及含有这些气体的混合物，尤其是氩、氮、氢和氯进行干蚀刻。
4. 用特定能量范围50至500eV，结合从垂直入射角度改变到0°至85°之间的入射束角，增强光滑表面形态。
5. 使用含氮的等离子体并且使用提取束产生钝化氮化物层10. 撞击激光器表面的氮可以为通过电场(正的任选的射频(RF)和微波场)加速的氮离子，或者被中和的氮离子束，并且氮原子用热能撞击表面。
6. 氮化物层包括AlN，GaN，InN，InAsN和其混合物。
7. 使用活性等离子体，结合诸如Si，Ga，Zn和Al的材料，原处或非原处沉积另一薄膜13。
8. 在形成保护层12和/或镜面涂层之前，增加薄膜14以进一步减小界面复合。
9. 可以结合退火处理执行所有这些沉积和氮化步骤，或者可以随后进行退火处理。
10. 添加保护层12和/或镜面涂层(图6中的M6，M9处)。
温度控制氮化过程中可以改变温度，也可以在氮化之后改变温度。相应温度范围处于-180℃至+600℃之间。氮化过程中通过冷却和/或加热样品进行主动温度控制，可以使表面的III/V族比率更好地平衡，因为对于汽压，蚀刻生产率以及不同物质的含有率而言温度是一个重要参数。氮化之后的热处理，所谓的“退火”和快速热退火，几乎可以完全消除可能存在的缺陷。温度范围可以为+200℃至600℃。
离子流密度离子流密度表示单位时间有多少离子撞击到GaAs表面上。通过以时间为函数改变离子流密度，可以对表面结构进行优化。剂量(单位表面的离子总量)是离子流对时间的积分。例如通过脉冲地产生离子流，可以避免表面局部发热，从而获得更好的氮化，并且例如也是无应力的。或者，也可以使用具有更长持续时间的强电流有意地瞬间加热表面，以便消除扩散。
因此，为了在涂覆沉积层之前蚀刻台面或背脊，在涂覆时，最好随着入射束角的改变而移动光束。由此，与入射角是法向的相比，将产生更均匀的结果。最靠近层3的钝化氮化物层是天然的。其基本原理是在端面处形成的氮化物层防止化学污染(例如氧化)，并且还形成更高带隙表面层和/或能减小界面载流子复合速度的层。
可以用任何众所周知的干蚀刻方法进行蚀刻，例如Ar/Cl2基化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)，活性离子束蚀刻(RIBE)或者包括以上述方法首先确定背脊或台面轮廓的Ar离子研磨的其他种类的蚀刻。在氮离子研磨步骤之后，可以改变入射角度和能量。或者，可以根据获得的轮廓直接用氮离子研磨，完成最终蚀刻步骤，用不同角度并旋转晶片再次研磨。
可以涂覆附加氮化物层以(iv) 填充针孔；(v) 平坦化；以及(vi) 通过具有比GaAs和空气更高的导热系数而散热。
对于本说明书中表示的所有实施例形成这些层，即使这些层没有示出也是如此。不过，注意并非总存在处于氮化层(10)顶部上的所述额外的层或薄膜。
干蚀刻可能会损坏侧壁。通过使用低能处理可以使损害最小。还可以通过含氮的最后一次低能离子研磨而消除所产生的损坏，并且同时消除前面的背脊或台面确定过程所破坏的层。
根据本发明第二实施例，图3表示每个激光器单元具有背脊结构20的晶片部分。背脊结构的每一侧具有一个沟槽21，22，用以例如限定用于激光束的波导23，引起流阻，或者用于提高导热系数。在背脊结构20上和沟槽21，22中形成沉积层24。为了将沟槽的垂直侧面干蚀刻并涂覆沉积层，分别以改变的束角移动入射和提取束。
晶片部分上应当切成条棒的位置处设置有划线SL。所示晶片没有通过与图2中所示实施例相同的方式设置在沉积层上的保护层。
由背脊定义波导。可以使用限流(current limit)在背脊或台面下形成单横模。并且沟槽影响模式，能产生更稳定的单模。
参照图4，图4中表示第三实施例。图4表示垂直于图2中所示部件的界面，并且为图3的前视截面。使平行于活性层31中激光器沟道的台面或背脊分布30具有亚微米分辨率的波纹状周期结构，例如分布反馈(DFB)和分布布喇格反射器(DBR)结构。该结构的周期为四分之一波长。即使在本实施例中侧面最好也是倾斜的。
在所有所示实施例中，活性层31可以包括交替存在的具有高带隙量子阱的无源层31A和具有例如AlGaAs或InGaP量子阱的有源层31B。
每一端有一光滑部分33，与可控电流源连接的带状导线34牢固连接在其上。在垂直于活性层31的直角端形成氮化物层35。该端部表示激光器的前端面。不过，可以通过相同方法构造激光器的后端。反射镜层可以设置在氮化物层35的内侧或外侧。
不过，具有波纹的氮化物层30的轮廓并非必须为背脊，也可以为平面结构设置波纹。在平面结构中，活性区域31被包围在低折射率材料中，这就要求继续生长。四元材料InGaAsP是一种适合于继续生长的材料。没有在单独一幅图中表示第四实施例，因为其附图与图4没有差别。
在第三和第四实施例中，波纹结构最好设置在活性层31上。波纹结构意在提供周期性折射率改变，从而通过谐振耦合决定波长。因此，通过干蚀刻制造周期性波纹结构，并且在原处使用离子束中的氮进行天然氮化。
还可以使激光器中无源的部分，即非受激辐射部分具有波纹结构。该结构称作分布布喇格反射器(DBR)。如果仅在一部分激光器中在活性层上面或下面(未示出)形成波纹结构，或者甚至波纹结构向下蚀刻到活性层中也没有关系。可以使用根据本发明的干蚀刻方法形成上述任何一种波纹结构。
图5A和5B中表示出激光器结构的第四实施例。
可以使用所谓的光子带隙结构取代DBR(分布布喇格反射器)和DFB(分布反馈)结构，以限定激光器波长。可以使用利用二维光子晶体(2D-PC)的光子带隙(PBG)效应为给定波长产生反射镜(光子晶体反射镜-PC反射镜)。2D-PC是一种通过例如在半导体主晶格中形成三角形晶格深孔37A，周期性调节介电常数(参见图5B)的结构。在激光器晶片的上表面中蚀刻孔37A，在基片中周期d在大约150至400nm范围内，以确定波长选择反射镜37。可以使反射镜37反射高达100％的选定波长。因此，可从激光器端面侧35获得波长非常稳定的激光。
由与反射镜37的孔37A相同种类的晶格定义激光器沟道38，即设置在激光器沟道38一侧的第一晶格39A，和设置在另一侧的第二晶格39B，即处于横向布局。与后反射镜37具有相同种类晶格孔37A的前反射镜36靠近氮化层35设置。
基本上，使用与激光器结构其他实施例相同的蚀刻处理。其区别在于与用于例如DFB或DBR结构不同的另一掩模用于光子带隙。光子带隙具有二维结构，而DBR和DFB具有一维周期性。
蚀刻深度为600至1000nm。图5B中的孔37A比实际基片中的孔大。为了实用，孔37A的截面(参见图5A)最好也为三角形，其底面处于基片表面上。不过，可以想到使用其他形状，如矩形等。孔37被氮化37B，以便阻止氧化和其他种类的杂质渗透到活性区域31中。而且，最好将孔37A之间的空间氮化(未示出)。
通过将PC反射镜37和36设置在(a)激光腔两端，可使用PC反射镜37和36来限定激光纵模，其中一端37具有非常高的反射率，另一端36具有较低反射率从而作为输出端，或者(b)仅一端37起反射镜的作用，另一端36为传统上制备的激光输出端面(未示出)。PC反射镜的反射率取决于周期数量，周期数越大，则反射率越高。对于给定波长调节晶格常数和孔直径，使该波长处于PC反射镜阻带中间。
还可以使用PC反射镜限制激光模的横向大小。在这种情况下，两个端面37和36可以为传统制造的端面，或者通过适当设计也形成PC反射镜。
通过适当的干蚀刻处理在一个步骤中限定PC反射镜。在该步骤之后进行氮化处理，将蚀刻表面电和化学钝化。
还可以通过在晶片表面上钻出额外的孔而校正激光器，使其产生某些期望特征，例如使其更接近于校准值等。
参照图6描述第五实施例，其中在晶片前侧蚀刻整个激光器基片。中间表示整个激光器。为了表示在晶片上激光器一个接一个地形成一串，其每一侧表示激光器的一部分。还注意在垂直于纸面的方向，该晶片包含若干这种平行激光器串。
具有p掺杂层M2，活性区域M3和n掺杂层M4的激光器晶片M1具有一些凹槽M5。每个凹槽具有三角形形状，其一个侧面M6垂直于晶片朝向活性区域M3，以便作为激光器基片的前端面，侧面M7最好与垂直侧M6成45°。
侧面M6对于活性区域M3中的激光束而言是激光器前端面，并且通过与上述相同的方法干蚀刻和处理。然后设置ZnSe或GaN增透层(AR层)或透明介电层，以便使其起到激光器前反射镜的作用，由此发射出激光束。侧面M7代表将激光束LB转到垂直于晶片表面的倾斜反射镜。因此该侧面M7特别平滑并且具有高反射表面涂层。
形成若干垂直凹槽M8，每个凹槽具有至少一个朝向活性区域M3的垂直于晶片表面的侧面M9。该侧面作为激光器基片的后反射镜端面。从而通过与上述相同方法的干蚀刻和处理。然后设置反射率大约95％的高反射层。
注意在本实施例中可以同时对后和前端面反射镜进行钝化层处理。从而通过与反射镜相同的方法对于图6中朝上的整个表面进行处理，使整个表面被干蚀刻并且形成天然氮化物层。不过，在各激光棒中形成端面M6的增透层和端面M9的高反射层，同时遮蔽晶片表面的其他部分。并且用反射层形成高反射镜M7，同时遮蔽该表面的其余部分。
虽然针对实施例描述了本发明，不过应当理解在不偏离本发明范围的条件下可以进行变型。因此，不应该认为本发明限于所述实施例，而是仅由下面的权利要求限定，旨在包含其所有等效范围。
权利要求
1.使用干蚀刻在GaAs，GaAlAs，InGaAsP和InGaAs组成的组中选择出的一种材料上获得无污染表面，以在GaAs基激光器任意结构上获得氮化物层的方法，包括·对激光器表面提供掩模，所述掩模用于遮蔽要防止干蚀刻的所述激光器的部分表面；·将激光器放置在真空中；·使用从包含化学活性气体，惰性气体，化学活性气体与惰性气体的混合物的组中选择出的一种物质进行干蚀刻；·使用含氮的等离子体产生天然氮化物层(10；24；35)；·添加保护层(12)和/或反射镜涂层(在M6，M9处)。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括·使用包括从化学惰性和活性气体如氮，氢，氩和卤素化合物(例如Cl，Br或I基化合物)，烃类气体(例如CH4和C2H6)，以及它们的混合物组成的组中选择出的至少一种物质的物质辅助等离子体开始所述干蚀刻；·在得到无污染表面之后使用氮辅助等离子体钝化端面。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中用氮辅助等离子体执行所述干蚀刻。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中用物质为氮和另一种气体的混合物的等离子体进行所述干蚀刻，所述另一种气体逐渐被氮置换直至仅提供氮等离子体。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中用不含氮的气体进行所述干蚀刻，所述气体被氮逐渐置换直至仅提供氮等离子体。
6.根据权利要求2至5中任何一个所述的方法，其中所述氮等离子体包含氮离子或原子氮或分子氮或其中两种或多种的混合物。
7.根据权利要求2至6中任何一个所述的方法，还包括将氢加入所述物质辅助等离子体中，以加强氧化物的去除。
8.根据权利要求2至7中任何一个所述的方法，其中所述物质为氩。
9.根据权利要求1至8中任何一个所述的方法，还包括·在将从离子化氮，原子氮和分子氮组成的组中选择出的一种元素引入所述物质辅助等离子体中，并与所述无污染表面反应这一过程中，开始在所述无污染表面上生长所述氮化物层(10；24)；·利用天然氮化使所述无污染表面与所生长的氮化物层之间的界面渐变，以使不同层之间的界面复合最小。
10.根据权利要求1至9中任何一个所述的方法，还包括使用含氮的等离子体与提取束一起产生所述氮化物层(10；24)，所述氮化物层包括从AlN，GaN，InN，InAsN组成的组中选择出的至少一种材料。
11.根据权利要求1至10中任何一个所述的方法，还包括使用活性等离子体，结合从2b，3a，4a和5a族选择出的至少一种元素如Si，Ga，Zn，Al，在所述天然氮化物层上提供附加的在原处或非原处沉积的薄氮化物膜(13)。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括在添加所述保护层(12)和/或反射镜涂层之前，添加至少另一薄膜(14)以进一步减小界面表面复合。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括在提供所述保护层(12)和/或反射镜涂层之前，在所述原处或非原处沉积所述薄膜之后添加另一薄膜或多个薄膜(14)，以进一步减小界面表面复合。
14.根据权利要求1至13中任何一个所述的方法，其中所述真空为处于10托至10-11托之间，最好小于10-7托的真空。
15.根据权利要求1至14中任何一个所述的方法，其中从包含氩，氮，氢和氯的组中选择出至少一种元素作为执行干蚀刻的所述气体。
16.根据权利要求1至15中任一权利要求所述的方法，还包括用特定能量范围0至2000eV，结合与垂直入射角成0°至90°的改变的入射束角，并且相对于作为时间的函数的温度和电流密度，增强所述干蚀刻处的光滑表面形态。
17.根据权利要求1至15中任何一个所述的方法，包括用特定能量范围50至500eV，结合与垂直入射角成0°至85°的改变的入射束角，并且相对于作为时间的函数的温度和电流密度，增强所述干蚀刻处的光滑表面形态。
18.根据权利要求1至17中任何一个所述的方法，其中撞击激光器表面上的所述含氮等离子体为通过电场加速的氮离子。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述氮离子包括原子或分子形态或其混合的氮离子。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其中所述电场为射频场或微波场。
21.根据权利要求1至17中任何一个所述的方法，其中撞击激光器表面的所述含氮等离子体为中性氮原子，它们以具有热能而撞击在表面上。
22.根据权利要求1至21中任何一个所述的方法，其中所述氮化物层包括从AlN，GaN，InN，InAsN组成的组中选择出的至少一种元素。
23.根据权利要求1至22中任何一个所述的方法，包括结合随后进行的退火处理获得所述沉积的和氮化的层。
24.根据权利要求1至23中任何一个所述的方法，包括在从包括保持在一起的所述GaAs基激光器的晶片分离所述若干GaAs基激光器之前，对所述若干GaAs基激光器同时进行所述处理。
25.根据权利要求24所述的方法，包括通过标准光刻工艺在所述晶片上提供图形。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述图形包括光致抗蚀材料，以防止某些区域如背脊或台面顶部(9；20)中发生干蚀刻。
27.根据权利要求1至26中任何一个所述的方法，包括通过所述干蚀刻和氮化来形成至少一种下述结构台面(9)，背脊(20)，沟槽(21，22，24)，具有亚微米分辨率以限定波导端面的波纹周期结构(30)，以及光子带隙结构(37)。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述周期结构具有亚微米分辨率，如DFB，DBR，以及光子带隙结构。
29.根据权利要求1至28中任何一个所述的方法，包括用以填充孔和/或针孔的附加氮化物层(13；37A)。
30.根据权利要求1至29中任何一个所述的方法，包括使所述表面平坦的附加氮化物层(14)。
31.根据权利要求1至30中任何一个所述的方法，包括通过具有比GaAs和空气更高的导热系数而散热的附加氮化物层(15)。
32.根据权利要求27所述的方法，包括通过所述干蚀刻和氮化而在晶片前侧蚀刻形成的每一整个激光器芯片，包括·晶片表面中向下通过活性区域(M3)的第一类凹槽/沟槽(M5)，每个所述切口具有三角形形状，其一个侧面(M6)通过所述活性区域垂直于晶片表面，并且具有激光器芯片的前端面层；以及相对于垂直切口倾斜、具有高反射层的第二平滑侧面(M7)，以便使从所述前端面层发射出的激光束弯曲；·向下通过活性区域(M3)的第二类凹槽/沟槽(M8)，其至少一个侧面朝向所述活性区域，并垂直于晶片表面，该侧面具有反射率大约95％的高反射层。
33.GaAs基激光器，包括·第一n掺杂层(3)，第二p掺杂层(2)，以及处于所述第一与第二层之间的具有量子阱的活性区域(4；31)，每一层包括从GaAs，GaAlAs，InGaAsP和InGaAs组成的组中选择出的一种材料；·处于所述活性区域(4；31)中的激光器沟道(5)；·处于所述第一层的外表面上限定所述沟道的表面结构(6；38)；·除了所述结构上预定位置(9)以外邻接所述第一层的所述外表面的天然氮化物层(10；30A；37A)；·所述天然层外侧上的保护层(12)和/或反射镜涂层(在M6，M7；M9处)。
34.根据权利要求33所述的GaAs基激光器，还包括附加的在所述天然氮化物层(10)上原处或非原处沉积的薄氮化物膜(13)，所述氮化物膜包括从2b，3a，4a和5a族中选择出的至少一种元素，如Si，Ga，Zn，Al。
35.根据权利要求34所述的GaAs基激光器，还包括处于所述原处或非原处沉积的所述薄氮化物膜上的另一薄膜或多个薄膜(14)。
36.根据权利要求33至35中任何一个所述的GaAs基激光器，还包括设置在所述保护层(12)和/或反射镜涂层下面的至少另一薄膜(15)，以进一步减小界面表面复合。
37.根据权利要求33至36中任何一个所述的GaAs基激光器，包括包括DBR(分布布喇格反射器)，DFR(分布反馈)和光子带隙的结构组中的一种结构，以限定激光器波长。
38.根据权利要求37所述的GaAs基激光器，其中DBR(分布布喇格反射器)，DFR(分布反馈)具有一维周期性。
39.根据权利要求37所述的GaAs基激光器，其中通过使用二维光子晶体(2D-PC)为给定波长提供反射镜(光子晶体反射镜)，来产生光子带隙(PBG)效应。
40.根据权利要求39所述的GaAs基激光器，包括处于半导体晶格二维结构中的孔的三角形晶格(37)，以便周期性地调节介电常数；并且针对给定波长调节晶格常数和孔直径。
41.根据权利要求40所述的GaAs基激光器，其中基片上孔(37)的周期d在大约150至400nm范围内，以便限定波长选择镜，用以从激光器的一个端面侧(35)提供波长稳定的激光。
42.根据权利要求39至41中任何一个所述的GaAs基激光器，其中孔(37)的截面为三角形，其底边处于基片表面上，并且孔被氮化(37A)。
全文摘要
本发明涉及一种使用干蚀刻在从GaAs，GaAlAs，InGaAsP和InGaAs组成的组中选择出的一种材料上得到无污染表面，以在GaAs基激光器任意结构上获得氮化物层的方法，以及根据该方法制造的GaAs基激光器。用掩模遮蔽部分表面以防止发生干蚀刻，形成激光器表面。然后将激光器放置在真空中。此后使用从化学活性气体，惰性气体，化学活性气体与惰性气体混合物的组中选择出的一种物质进行干蚀刻。使用含氮等离子体产生天然氮化物层。添加保护层和/或反射镜涂层。
文档编号H01S5/20GK1541419SQ02815617
公开日2004年10月27日 申请日期2002年8月9日 优先权日2001年8月9日
发明者卡斯藤·V·L·林德斯特伦, 彼得·N·布利克斯特, 斯万特·H·瑟德霍尔姆, 安南德·斯里尼瓦桑, 卡尔－弗雷德里克·卡尔斯特伦, 劳伦特·克鲁梅纳切尔, 克里斯托弗·西尔韦纽斯, H 瑟德霍尔姆, 克鲁梅纳切尔, 斯里尼瓦桑, N 布利克斯特, ダ椎吕锟恕たǘ 固芈, 卡斯藤 V L 林德斯特伦, 托弗 西尔韦纽斯 申请人:科姆雷斯股份公司