由单步MOCVD制造的掩埋异质结构器件制造技术

一种器件，包括：　　　　生长面；　　　　在该生长面上的生长掩膜，该生长掩膜限定了具有周期性光栅轮廓的细长生长窗口；　　　　光波导核心台面结构，其位于该生长窗口中并且具有梯形的截面形状；以及　　　　包层，其覆盖了光波导核心台面结构并且在生长掩膜的至少一部分上延伸。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
相关申请的交叉参考本申请是2004年2月25日提交的、申请号为10/787,349、标题为“BuriedHeterostructure Device Fabricated by single Step MOCVD(由单步MOCVD制造的掩埋异质结构器件)”的申请的部分继续申请，并且由此该申请被结合以作参考。背景光电子器件被用于包括电信、数据存储和信号传输的许多应用。诸如激光二极管、光电调制器、半导体光放大器、半导体增益介质等某些类型的光电子器件具有位于光波导内的有源区。典型地，光波导结合了不同的结构来侧向地(即与在其上制造器件的衬底的主面平行)和横向地(即与衬底的主面正交)引导光。在横向上，通过在有源区和包层的半导体材料之间的相对折射率差来引导光线，在包层之间夹着有源层。在侧向上，通过至少部分地限定在层状结构中的脊形波导结构或者掩埋异质结构波导来引导光线，该包层和有源区形成该层状结构的一部分。在电信应用中，最常使用的侧向波导结构是掩埋异质结构。掩埋异质结构优于脊形波导结构，因为它在有源区提供大的相对折射率差。这允许光波导制造得很窄，同时保持了在光学基模与有源区之间的高空间重叠。这提供了诸如下述的优点在激光器中低的阈值电流，在半导体光放大器和光学增益介质中低的工作电流，以及在光电调制器和直接调制的激光器中低的电容和由此增加的调制速度。在图1A-1C中说明了用于制造结合了掩埋异质结构侧向波导的光电子器件的典型过程。首先，生长了数百或数千光电子器件由其制造的层状结构10。图1A-1C是层状结构10的一部分的侧视图，在该层状结构中制造单个光电子器件。图1A示出了生长在衬底18上的n型包层12、无掺杂的有源区14以及p型包层16。这些层使用在现有技术中也称为有机金属气相外延(OMVPE)的金属有机化学气相沉积(MOCVD)来生长。层状结构10的材料是III-V族半导体，这类半导体典型地由诸如铟、镓、砷和磷之类的元素构成。包层12和16的半导体材料具有比有源区14的半导体材料低的折射率。n型包层12的厚度是大约2μm，而在层状结构10中p型包层16的厚度仅仅是大约200nm-400nm。由一个或多个量子阱构成的量子阱结构20位于有源区14中。每个量子阱由低带隙半导体材料的量子阱层来限定，该量子阱层被夹在较高带隙半导体材料的阻挡层之间。图1A也示出沉积在p型包层16的表面上的掩膜22。掩膜材料典型地为二氧化硅。掩膜22在图1A所示的y方向上延伸，并且典型地宽约1-8μm。接着层状结构10从生长室被移开，并且经受两次蚀刻过程，所述蚀刻过程把台面结构(mesa)24限定在层状结构中，如图1B所示。反应离子蚀刻(RIE)最初用来除去未被掩膜22保护的p型包层16、有源区14和n型包层12的部分。RIE破坏了经受蚀刻的层的边缘，这种被破坏的边缘大大削弱了完成的光电子器件的效能。因此，层状结构10另外经受一次湿蚀刻，该湿蚀刻将除去p型包层16、有源区14和n型包层12的被破坏的边缘。湿蚀刻过程另外限定了掩膜22相对于台面结构24的突出部分。图1B示出了在执行两种蚀刻过程之后的层状结构10。然后层状结构10回到生长室，并且高电阻率的III-V族半导体材料的过度生长物26通过MOCVD在层状结构上外延生长，如图1C所示， III-V族半导体材料具有比有源区14的材料低的折射率。过度生长物在衬底18的裸露表面和台面结构24的侧壁上生长，但并不在掩膜22上生长。因此，过度生长物26填充被蚀刻成相邻台面结构之间的层状结构的空穴。过度生长物的沉积持续到它的生长表面到达p型包层16的顶面。在层状结构10的实施例中，其中包层12和16的材料是磷化铟(InP)，过度生长物26的典型材料是掺杂着铁的磷化铟(InP:Fe)。过度生长物的材料的折射率比有源区14的材料的折射率约低0.2。过度生长物的材料利用铁(Fe)来掺杂以降低其传导率。然后层状结构10从生长室被移开，并且经受另一湿蚀刻过程，该湿蚀刻过程将掩膜22从p型包层16的表面除去。如图1C所示，然后层状结构10回到生长室，在那里，附加的p型包层材料28生长在p型包层16和过度生长物26的裸露表面上。p型包层16和在p型包层16上生长的附加p型包层材料的部分共同组成p型包层30。典型地，p型包层具有大约与n型包层12相同的厚度，即大约2μm。在p型包层30的顶部生长了p接触层(未示出)，并且在衬底18的底面和p接触层的裸露表面上沉积了电极层(未示出)。然后电极层被构图以限定电极。于是层状结构10就被单个化(singulate)成各个光电子器件。虽然上述掩埋异质结构波导提供了性能的优点，但是上述制造过程复杂并且难以控制。特别是，使用低破坏性的蚀刻过程来蚀刻层状结构是重要的，因为蚀刻通过由在有源区14中的p型、无掺杂和n型材料(未示出)的层形成的p-i-n结进行。使载流子状态与在台面结构的蚀刻侧壁中的结构缺陷相关联是高度不期望的。而且，有源区14的宽度，即在图1A所示的x方向上的有源区的尺寸，由蚀刻过程来限定。有源区的宽度必须被精确地限定有源区太窄导致不足的增益或者太高的阈值电流。有源区太宽允许光电子器件以多种光学模式运行，这在许多应用中是不期望的。最后，台面结构24相对于掩膜22的侧凹分布也必须被精确地控制，以确保过度生长物26提供合理平坦的表面，在这个表面上生长附加的p型包层材料28。在长波长电信应用中使用的光电子器件最初具有铟镓砷磷(InGaAsP)以作为量子阱层的材料。使用铝铟镓砷(AlInGaAs)代替InGaAsP以作为量子阱层的材料改善了光电子器件的高温特性。然而，使用AlInGaAs作为量子阱层的材料使得掩埋异质结构波导结构的制造更为困难。这是因为量子阱层材料中铝的存在导致在湿蚀刻过程中在台面结构24的侧壁上形成稳定的氧化物层。与在蚀刻InGaAsP时形成的铟和镓的不太稳定的氧化物不同，在生长过度生长物26之前氧化铝不能在MOCVD生长室中被热解吸。代之以，氧化铝层继续存留在台面结构的侧壁上，于是降低了在台面结构和过度生长物26之间界面的质量。由于在进行蚀刻过程之后需要将晶片从蚀刻位置转移到生长室，所以恶化了对台面结构24的裸露侧壁破坏的问题。这使台面结构的侧壁暴露在通常包含水蒸汽和氧气的周围空气中。水蒸汽和氧气可以导致在台面结构的侧壁上形成附加氧化物。已经提出了各种方法来处理在台面结构的侧壁上形成的稳定氧化铝的问题。例如，正如由Bertone等人在Etching of InP-based MQW Structure in a MOCVDReactor by Chlorinated Compounds，195 J.CRYST.GROWTH，624(1998)中所述，可以使用原位蚀刻。然而，这种方法是昂贵的并且难以实施，以及可能与其它器件的制造过程不相容。在Densely Arrayed Eight-Wavelength Semiconductor Lasers Fabricated byMicroarray Selective Epitaxy，5 IEEEJ.SEL.TOP.QUANTUM ELECTRON.，428(1999)中，K.Kudo等人公开了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：D·P·布尔，S·W·科尔赞，
申请(专利权)人：阿瓦戈科技光纤IP新加坡股份有限公司，
类型：发明
国别省市：