[发明专利]半导体器件的制造方法和半导体器件

说明书

本发明涉及制造半导体器件的方法和半导体器件，本发明特别涉及其中集成有激光元件和光调制器的半导体器件的制造方法和用这种方法制造的半导体器件。

随着光电子学应用的各种系统的高级化和高性能化，要求所用的半导体器件高集成化。在这种半导体器件中，由于必须连接分别制造的激光元件和光调制器的光波导，会产生各种困难。

因此，提出了一种分别进行构成激光元件与光调制器的半导体层的生长并同时形成相互整体集成的光波导的方法。对这种方法的实例进行说明。

首先，在图17(a)的步骤中，在n型InP衬底1上的形成激光元件的区域15的两侧区域上形成二氧化硅膜40，在除了形成二氧化硅膜40的区域之外的其它区域上，用MOCVD法选择性地生长n型InP包层2、多量子阱(MQW)结构有源层3和P型包层4。其间位于氧化硅层40之间的区域15中的半导体层的生长速度大于除此区域之外的其它区域的生长速度。因此，在生长这些半导体层之后，沿图17(a)中的A-A’线的截面如图17(b)所示，MQW有源层的量子阱层的厚度大于光调制器中量子阱层的厚度。所以量子阱的导带底能级与价带底能级之间的能量差变成在光调制器中比在激光元件中大。因而当加在光调制器电极之间的电压为0时，激光元件中振荡的光不会被光调制器吸收。然而为了获得具有光调制器的半导体激光器，量子阱层的厚度应控制到这样的厚度，即当适当的反向偏置电压加到光调制器上时，能借助量子限制的斯塔克谱线磁裂效应(下文称为QCSE效应)，用光调制器吸收来自激光元件的光。由于能按照二氧化硅膜40的间隔如各个二氧化硅膜的宽度改变激光元件的半导体层的生长速度，所以控制量子阱层的厚度是可能的。

在已有技术中，为了增强光调制器中的光吸收系数带光调制器的半导体激光器件对于使MQW有源层的量子阱的导带底能级与量子阱价带底能级之间的能量差较小是有效的。为此，量子阱层最好是厚的。但使激光元件的量子阱层比光调制器区的量子阱层更厚是不可能的，因此，最好使光调制器中的能量差尽可能接近激光元件中的能量差。然而，直到应用上述选择生长方法为止，准确地控制阱层的厚度是困难的，要求光调制器中的能量差至少比激光元件中的能量差大到对量子阱层的厚度变化要予以考虑的程度。这就决定了对光调制器光吸收效率的限制。因此，增加光调制器中中衰减光的比率，即在未加偏置电压状态传输光的强度对加反向偏置状态传输光的强度的比率，是困难的。

如图17(b)所示，在生长半导体层之后，在表面上的激光元件区和光调制器区之间产生台阶，因而使此后所进行的制造工艺不稳定。

此外，因为激光元件振荡的光的波长和被光调制器吸收的光的波长范围必须用量子阱层的厚度来控制，所以激光器件设计的自由度是低的。

本发明的目的是提供一种制造能增加光调制器的光衰减比率的半导体器件的方法，在所指示的器件中，用有较大自由度的稳定的制造工艺来制造半导体激光元件和光调制器，而且其中半导体激光元件和光调制器互相结合。

本发明的另一目的是提供一种用上述制造方法制造的半导体器件。

本发明的其它目的和优点通过下文的详细说明将变得更明显，由于对本领域的技术人员来说，由此详细说明，在本发明范围内进行各种变化和改进是显而易见的，所以仅通过举例说明的方法给出详细说明和特定实施例。

按照本发明的第一种情况，制造半导体器件的方法包括：制备具有温度互不相同的局部区域的表面的半导体衬底；在半导体衬底的表面上生长III-V族化合物半导体层，从而使半导体层的局部区域有互不相同的成份。因此，能高精度地控制局部区域中的半导体层的成份。此外，由于生长之后半导体层的表面变平坦，在半导体层生长之后的半导体器件的制造方法能成为稳定的方法。因此，用此方法能独立地控制各局部区域的半导体层的成份，能大大地扩大设计半导体器件的自由度。

按照本发明的第二种情况，在上述半导体器件的制造方法中，用有机金属化学气相淀学积法进行III-V族化合物半导体层的生长。因此，在各个局部区域中V族元件的分解效率对各局部区域是不同的，从而能以高精度为各个区域控制III-V族化合物半导体层的成份。此外，由于在生长之后半导体层表面变平坦，在半导体层生长之后半导体器件的制造方法能成为稳定的方法。而且，用此方法能为各局部区独立地控制半导体层的成份，能大大地扩展设计半导体器件的自由度。