成膜方法和半导体激光器制造方法技术

光学膜厚测量方法和成膜方法是在基片上淀积多层膜时，把监测光照射到基片上，根据其反射强度的极值来测量膜厚。淀积的多层膜包括第１膜和第２膜，第１膜在规定波长范围内具有９８％以上的反射率；第２膜在上述第１膜上形成并且在上述规定波长范围内具有１０００ｃｍ↑［－１］以下的吸收系数。再者，上述第１膜利用具有规定波长的第１监测光进行测量；上述第２膜利用波长与上述规定波长范围不同的第２监测光进行测量。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在基片(衬底)上制作多层薄膜时所采用的光学膜厚测量方法、采用该光学膜厚测量方法的薄膜形成方法以及半导体激光器的制造方法。半导体激光器是利用外延晶体生长方法在基片上制作多层半导体薄膜而形成的。过去的这种晶体生长方法，通常是在试样基片上形成规定的半导体膜层片，将试样基片从反应管内取出，例如从半导体膜层的断面上测量膜层厚度或者利用反射光谱来测量膜层厚度，根据上述半导体膜层厚度预先求出晶体生长速度，再根据该晶体生长速度和成膜时间来控制膜层厚度。但是，这种方法有以下几个问题。第1个问题是，用这种方法必须使晶体生长速度始终保持一致，如果在各批产品之间晶体生长速度不一致，产生波动变化，那么就不能精确地控制膜层厚度。例如，分布反射型多层膜反射镜(DBR分布式布喇格反射器)，必须通过准确地控制各半导体层的光学膜厚来获得高反射率。过去的方法是根据晶体生长速度和生长时间来进行控制的，由于生长速度有波动变化，所以，难于准确地控制光学膜厚，其结果，很难制作出符合设计要求的反射波段波长。再者，第二个问题是，决定光学膜厚的主要因素是折射率n的值，而半导体膜层的折射率也随波长而变化，因此，也必须精密地测量在规定波长下的各层膜的折射率。并且，这种测量是非常困难的。本专利技术的目的在于提供这样一种光学膜厚测量方法和薄膜成形方法，即可在成膜工艺过程中正确地测量光学膜厚，尤其适用于包含高反射率半导体膜层的多层物体，例如包含反射镜的半导体激光器的半导体膜层。本专利技术的另一目的在于提供可采用这膜厚测量方法和成膜方法的半导体激光器的制造方法。本专利技术的光学膜厚测量方法是当在基片上形成多层薄膜时，把监测光照射到基片上，根据反射强度的极值来测量光学膜厚，在这样的光学膜厚测量方法中，形成的多层膜包括第1膜，它在规定的波长波段内具有98％以上的反射率；第2膜，它是在第1层膜上形成的，并且在上述规定的波长波段内具有1000cm-1以下的吸收系数，上述第1膜利用具有规定波长的第1监测光进行测量；上述第2膜利用具有与上述规定波长波段不同的波长的第2监测光进行测量。再者，适合采用这种光学膜厚测量方法的本专利技术的成膜方法是在基片上形成多层膜的成膜方法中，形成的多层膜包括第1膜，它在规定的波长波段内具有98％以上的反射率和、第2膜，它是在上述第1膜上形成的，而且在上述规定的波长波段内具有1000cm-1以下的吸收系数，上述第1膜，把具有规定波长的第1监测光照射到基片上，一边根据光的反射强度的极值来监测光学膜厚，一边进行成膜；上述第2膜，把具有与上述规定波长波段不同的波长的第2监测光照射到基片上，一边根据光反射强度的极值来监测光学膜厚，一边进行成膜。在这种光学膜厚测量方法和成膜方法中，第1层膜具有规定的波长波段(以下称为“高反射波段”)，其高反射率应为98％以上，希望达到99％以上，最好达到99.5％以上，当在第1层膜上形成具有1000cm-1以下(最好是100cm-1以下)的吸收系数的第2层膜时，从与上述高反射波段不同的波长中选择出第2层膜的监测光波长。这样，使第2监测光的波长不同于第一膜的高反射波段的波长，从而可以不受第1膜的反射的影响，可以正确地测量吸收系数小(在上述数值范围内)的透明或接近透明的第2膜的光学膜厚，而且可以正确地控制光学膜厚。再者，上述第2监测光，其波长最好短于上述高反射波段的波长。这样，可以根据反射强度的极值、即相邻的极大点和极小点的间隔来求出利用监视光可以测量的光学最小厚度。由于该最小光学膜厚相当于监视光的波长的1/4，所以，监测光的波长越短，可以测量的光学膜厚就越薄，从而可以更正确地进行测量。并且，监测上述第1膜的第1监测光，最好采用上述高反射波段范围内的波长。这是因为，例如像第1膜为多层反射膜那样，折射率不同的2膜层分别按照相当于规定波长的光学膜厚交替地进行成膜时，利用上述规定波长的光作为检测光，可以更正确地而且直接地控制光学膜厚。本专利技术的半导体激光器的制造方法，适合使用上述光学膜厚测量方法和成膜方法，其中包括利用外延生长方法来形成半导体膜层的工序，具体来说是在由第1导电型化合物半导体构成的基片上形成半导体膜层，该膜层中至少包括第1导电型的分布反射型多层膜镜、第1导电型的第1金属包层、活性层(active layer)、第2导电型的第2金属包层和第2导电型的接触层。上述分布反射型多层膜镜，在成膜时把规定波长的第1监测光照射到基片上，测量其反射强度，利用该反射强度的极值从折射率不同的一种半导体膜层的淀积切换到另一种半导体膜层的淀积，以此来交替地淀积形成低折射率半导体膜层和高折射率半导体膜层，而且，在规定的波长波段内具有98％以上的反射率。上述第1包层，在成膜时把第2监测光照射到基片上，光的波长不同于上述分布反射型多层膜镜的上述规定波长波段，一边通过监测其反射强度的极值来控制光学膜厚，一边进行成膜。上述分布反射型多层膜镜相当于上述光学膜厚测量方法和成膜方法中的第1膜。并且，上述分布反射型多层膜镜，在成膜时把具有规定波长的第1监测光照射到基片上，检测出其反射强度，以此来测量在基片上形成的半导体膜层的反射强度的变化，利用该反射率的极值(极大点和极小点)，从折射率不同的一种半导体膜层的淀积切换到另一种半导体膜层的淀积，以此交替地淀积形成低折射率的半导体膜层和高折射率的半导体膜层。在这种半导体激光器制造方法中，第1监测光最好采用这样的波长，即等于在室温下的分布反射型多层膜镜的设计波长(高反射波段的中心波长)λ。更严格来说，是波长λo’(以下称为“校正波长”)，这是在设计波长λ。上增加了成膜时的温度校正。光学膜厚用折射率和膜厚的积来表示。但是，晶体膜的折射率具有材质固有的温度依赖性，膜厚具有随热膨胀系数而变化的温度依赖性，所以，在成膜过程中监测光学膜厚时，必须考虑成膜温度和材质，进行波长校正。并且，第1监测光可采用波长λo(相当于分布反射型多层膜镜的设计波长)，最好采用校正波长λo’，利用这监测光来进行监测，可以使反射强度的极大点和极小点的间隔与设计波长的1/4波数相一致，可以更正确地而且直接地控制分布反射型多层膜镜的各层光学膜厚。上述反射率的变化不受晶体生长速度和生长时间的影响，仅随各层的光学膜厚而变化。所以，利用反射率的极值来调整变更淀积膜层的组成，交替地外延生长折射率不同的膜层，这样即可使各膜层厚度达到近似理论值。并且，选择具有规定振荡波长的半导体激光器作为测量反射强度所用的监测光的光源，即可严密地设定出规定波长。并且，可以在晶体生长过程中测量分布反射型多层膜镜本身的反射强度，因此，可以在膜层形成过程中变更镜的成对数，实现最佳结构。上述分布反射型多层膜镜，在高反射波段内具有98％以上的反射率，希望达到99％以上，若能达到99.5％以上，则更好。上述第1包层，一边利用第2监测光来测量光学膜厚，一边进行成膜，监测光的波长应不同于上述分布反射型多层膜镜中的高反射波段，最好小于该高反射波段。上述第1包层具有1000cm-1以下的吸收系数，希望达到100cm-1以下，最好达到10～100cm-1。第1包层具有势垒的功能，用于阻挡载波子(电子和空穴)注入活性层，同时构成激光谐振器的光波导的一部分。所以，第1包层的光吸收即光损耗的存在会本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学膜厚测量方法，其特征在于： 当在基片上淀积多层膜时，把监测光照射到基片上，根据其反射强度的极值来测量光学膜厚，在这种光学膜测量方法中， 淀积的多层膜包括： 第１膜，它在规定波长范围内具有９８％以上的反射率； 第２膜，它在上述第１是形成而且在上述规定波长范围内具有１０００ｃｍ↑［－１］以下的吸收系数； 利用具有规定波长的第１监测光来测量上述第１膜； 利用波长与上述规定波长范围不同的第２监是光来测量上述第２膜。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：近藤贵幸，森克己，金子丈夫，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]