DE19545164A1 - Optische Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren dafür - Google Patents
Optische Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren dafürInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Halb
leitervorrichtung und ein Herstellungsverfahren dafür und
insbesondere eine integrierte optische Halbleitervorrich
tung, in welcher eine Isolation von elektrischen Elementen
zwischen optischen Halbleiterelementen einfach erzielt wer
den kann und welche zu einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb in
der Lage ist, und ein Herstellungsverfahren dafür.
Entwicklungen einer optischen Halbleitervorrichtung,
die einen Halbleiterlaser und einen optischen Modulator in
tegriert, sind für eine Anwendung bei optischen Übertragun
gen beabsichtigt weiterentwickelt worden. In dieser opti
schen Halbleitervorrichtung wird ein Halbleiterlaser mit
verteilter Rückkopplung bzw. DFB-Laser (distributed feed
back = DFB) mit Gleichstrom betrieben, und ein Licht, das
aus dem Laser abgestrahlt wird, erfährt durch einen
Lichtabsorptionsmodulator eine Hochgeschwindigkeitsmodula
tion, welche ein Chirpen einer Wellenlänge verringert und
im Gegensatz zu einer Direktmodulation des Halbleiterlasers
bei optischen Hochgeschwindigkeitsübertragungen vorteilhaft
ist.
Eine optische Halbleitervorrichtung im Stand der Tech
nik, die einen DFB-Laser und einen Lichtabsorptionsmodula
tor integriert, welche in "InGaAs/InGaAsP MQW Electroab
sorption Modulator Integrated with a DFB Laser Fabricated
by Band-Gap Energy Control Selective Area MOCVD", IEEE J.
Quantum Electron., Band 29, Seiten 2088 bis 2096, 1993, von
M. Aoki et al., dargestellt ist, wird beschrieben. Fig. 5
zeigt eine perspektivische Ansicht der vorhergehend erwähn
ten optischen Halbleitervorrichtung im Stand der Technik,
von welcher ein Abschnitt weggeschnitten ist. In der Figur
bezeichnet das Bezugszeichen 2 ein InP-Substrat eines n-
Typs, das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Elektrode einer
unteren Oberfläche, das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine
Lichtabsorptionsschicht eines optischen Modulators, das Be
zugszeichen 7 bezeichnet eine Elektrode einer oberen Ober
fläche, das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine halbisolierende
Fe-dotierte InP-Schicht, das Bezugszeichen 9 bezeichnet ei
ne InP-Lochsperrschicht des n-Typs, das Bezugszeichen 11
bezeichnet eine aktive Schicht eines DFB-Lasers, das Be
zugszeichen 12 bezeichnet ein Beugungsgitter, das Bezugs
zeichen 14 bezeichnet einen vergrabenen Wellenleiter, das
Bezugszeichen 35 bezeichnet eine obere InP-Beschichtungs
lage eines p-Typs, das Bezugszeichen 101 bezeichnet den
DFB-Laser und das Bezugszeichen 102 bezeichnet den opti
schen Modulator. Der DFB-Laser ist mit dem Beugungsgitter
12 unter der aktiven Schicht 11 versehen, was es ermög
licht, stetig eine Laserabstrahlung einer einzigen Wellen
länge durchzuführen. Die aktive Schicht 11 des DFB-Lasers
101 und die Lichtabsorptionsschicht 4 des optischen Modula
tors 102 weisen eine durchgängige InGaAs/InGaAsP-Multiquan
tumwellschicht auf, deren Dicke in dem DFB-Laser 101 groß
und in dem optischen Modulator 102 klein ist, und die Brei
te jeder Quantumwell, die in dieser Schicht beinhaltet ist,
ist in dem optischen Modulator 102 ebenso kleiner als in
dem DFB-Laser 101. Deshalb ist die Energiedifferenz zwi
schen unteren Niveaus bzw. Unterkanten des Leitungsbandes
und des Valenzbandes in der Quantumwell des DFB-Lasers 101
kleiner als die des optischen Modulators 102. Wenn keine
Vorspannung an den optischen Modulator 102 angelegt wird,
wird deshalb kein Licht aus dem DFB-Laser 101 in der
Lichtabsorptionsschicht 4 absorbiert. Wenn jedoch eine
rückwärts gerichtete Vorspannung an den optischen Modulator
102 angelegt wird, wird das Licht aufgrund eines Starkef
fekts mit Quanteneinschluß (quantum confinement Stark
effect) (QCSE) absorbiert. Aufgrund dessen kann das Licht,
das aus dem DFB-Laser 101 abgestrahlt wird, der mit Gleich
strom betrieben wird, durch ein Ändern der Vorspannung, die
an den optischen Modulator 102 angelegt wird, moduliert
werden. Die halbisolierende Fe-dotierte InP-Schicht 8 und
die InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs füllen beide Seiten
des vergrabenen Wellenleiters 14, der die Multiquantumwell
schicht und die InP-Beschichtungslagen aufweist, die ober
halb und unterhalb dieser Multiquantumwellschicht angeord
net sind, aus und dienen als eine Stromsperrschicht. Dies
verringert den Schwellwertstrom des Lasers und verbessert
den Wirkungsgrad des Lasers.
Fig. 6(a) zeigt eine Querschnittsansicht des optischen
Modulators 102 der vorhergehend erwähnten optischen Halb
leitervorrichtung im Stand der Technik. Da Fe in InP ein
starker Akzeptor wird, kann die halbisolierende Fe-dotierte
InP-Schicht 8 die Diffusion von Elektronen aus dem InP-
Substrat 2 des n-Typs abblocken, und die InP-Lochsperr
schicht 9 kann die Diffusion von Löchern aus der oberen
InP-Beschichtungslage 35 des p-Typs abblocken. Eine schema
tische Ansicht eines Querschnitts, wenn diese optische
Halbleitervorrichtung durch eine gestrichelte Linie S₂-S₂
und entlang einer Ebene, die parallel zu dem vergrabenen
Wellenleiter 14 verläuft, geschnitten ist, ist in Fig.
6(b) gezeigt. Die Schnittstelle zwischen der InP-Lochsperr
schicht 9 des n-Iyps und der oberen InP-Beschichtungslage
35 des p-Typs ist eine pn-Übergangsschnittstelle, und die
Übergangskapazität C₁ wird zu groß, um für einen Hochge
schwindigkeitsbetrieb des optischen Modulators 102 vernach
lässigt zu werden. Die Übergangskapazität C₃ in dem DFB-La
ser 101 wird ebenso so groß wie C₁. Andererseits sind die
Kapazitäten C₂ und C₄ zwischen der InP-Lochsperrschicht 9
des n-Typs und dem InP-Substrat 2 des n-Typs aufgrund der
dicken halbisolierenden Fe-dotierten InP-Schicht 8 zwischen
diesen Schichten ausreichend kleiner als C₁ und C₃. Da die
Beweglichkeit eines Elektrons in InP beträchtlich größer
als die eines Lochs ist, ist ein elektrischer Widerstand
der InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs klein. Wenn die Loch
sperrschicht 9 durch den optischen Modulator 102 und den
DFB-Laser 101 durchgängig ist, tritt deshalb eine gegensei
tige Beeinflussung zwischen dem Modulator 102 und dem DFB-
Laser 101 auf, und die Kapazität C₃ wird mit der Kapazität
C₁ verknüpft bzw. verbunden, wodurch sich die Parasitärka
pazität des optischen Modulators 102 erhöht und eine Modu
lation bei Hochfrequenzen unterdrückt wird. Dies bedeutet,
daß die Modulationsbandbreite verschmälert wird. Um diese
Probleme zu vermeiden, wird ein Abschnitt 36 der Lochsperr
schicht 9 zwischen dem optischen Modulator 102 und dem DFB-
Laser 101 weggeätzt, wie es in Fig. 6(b) gezeigt ist.
Das Herstellungsverfahren der vorhergehend erwähnten
optischen Halbleitervorrichtung im Stand der Technik wird
kurz beschrieben. Zuerst werden, nachdem das Beugungsgitter
12 in dem DFB-Laser-Ausbildungsbereich der InP-Substrat
oberfläche des n-Typs ausgebildet worden ist, zwei strei
fenförmige SiO₂-Filme (jeweils 15 µm breit), die auf beiden
Seiten eines Bereichs (10 µm breit) angeordnet sind, wel
cher der vergrabene Wellenleiter 14 des DFB-Laser-Ausbil
dungsbereichs wird, ausgebildet. Als nächstes wird eine
InGaAs/InGaAsP-Multiquantumwellschicht unter Verwendung ei
ner metall-organischen chemischen Dampfphasenabscheidung
(hier im weiteren Verlauf als "MOCVD" bezeichnet) auf einen
Bereich mit Ausnahme des vorhergehend erwähnten SiO₂-Be
reichs selektiv aufgewachsen. Wenn diese Multiquantumwell
schicht ausgebildet wird, wird eine Dicke der Multiquantum
wellschicht, die auf den Bereich zwischen diesen SiO₂-
Streifen aufgewachsen wird, größer als die der gleichen
Multiquantumwellschicht, die auf einen Bereich außerhalb
dieses Bereichs aufgewachsen wird, da der Abstand von 10
µm, der die vorhergehend erwähnten zwei SiO₂-Streifen
trennt, ausreichend kleiner als die Dampfphasendiffusions
länge von 30 bis 50 µm von Materialien ist, die eine Auf
wachsschicht ausbilden. Als nächstes wird ein Ätzen so
durchgeführt, daß die Multiquantumwellschicht lediglich auf
dem Bereich zwischen den SiO₂-Streifen und auf einem Be
reich in der Nähe dieses Bereichs, in dem der optische Mo
dulator ausgebildet wird, zurückbleibt, wodurch der vergra
bene Wellenleiter 14 ausgebildet wird. Desweiteren wird,
nachdem die halbisolierende Fe-dotierte InP-Schicht 8 und
die InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs selektiv auf beiden
Seiten des vergrabenen Wellenleiters 14 aufgewachsen worden
sind, ein Abschnitt der InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs
zwischen dem DFB-Laser und dem optischen Modulator wegge
ätzt. Als nächstes wird die Maske zum selektiven Aufwachsen
auf dem vergrabenen Wellenleiter 14 entfernt, und die obere
InP-Beschichtungslage 35 des p-Typs wird auf die gesamte
Oberfläche aufgewachsen, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. In
der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 36 den Abschnitt, in
dem die InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs geätzt worden
ist. Das Bezugszeichen 37 bezeichnet den Bereich des ver
grabenen Wellenleiters 14, in dem die Lochsperrschicht 8
von Beginn an nicht ausgebildet worden ist. Zuletzt wird
ein Mesaätzen für eine Elementisolation durchgeführt, und
die Elektroden 7 und 3 der oberen Oberfläche bzw. der unte
ren Oberfläche werden ausgebildet, wodurch die optische
Halbleitervorrichtung, die in Fig. 5 dargestellt ist, ver
vollständigt ist.
Wie es vorhergehend beschrieben worden ist, ist es bei
dem zuvor beschriebenen integrierten Halbleiterlaser 101
und optischen Modulator 102 im Stand der Technik notwendig,
einen Abschnitt der InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs zwi
schen dem Laser 101 und dem Modulator 102 wegzuätzen, um
die Elemente zu isolieren. Jedoch ist es im Hinblick auf
eine Steuerbarkeit der Ätzgeschwindigkeit schwierig, ledig
lich die Lochsperrschicht 9 selektiv wegzuätzen, und die
Oberfläche der halbisolierenden Fe-dotierten InP-Schicht 8
unter der Lochsperrschicht 9 wird wahrscheinlich ebenso ge
ätzt. Deshalb besteht die Wahrscheinlichkeit, daß die Seite
der Multiquantumwellschicht freigelegt wird, und diese
Seite wird verunreinigt und beschädigt.
Desweiteren wird das Ätzen der oberen Lochsperrschicht 9
durchgeführt, nachdem ein Bereich mit Ausnahme des Be
reichs, der zu ätzen ist, durch ein photolithographisches
Verfahren mit einem Resist maskiert worden ist. Jedoch
bleibt selbst dann, wenn das Ätzen beendet ist und die Re
sistmaske entfernt wird, ein bestimmter Betrag einer Verun
reinigung auf der Oberfläche der Lochsperrschicht 9 zurück.
Dies verschlechtert die Kristallinität der oberen InP-Be
schichtungslage 35 des p-Typs, welche auf dieser Oberfläche
aufgewachsen wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß
darin, eine integrierte optische Halbleitervorrichtung zu
schaffen, die eine hervorragende Charakteristik einer Ele
mentisolation und eine breite Modulationsbandbreite auf
weist, und desweiteren ein Verfahren zu schaffen, das die
optische Halbleitervorrichtung, die eine stabile Herstel
lung ermöglicht, stabil herstellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die optische
Halbleitervorrichtung des Anspruchs 1 und das Herstellungs
verfahren des Anspruchs 7 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung
sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
weist eine optische Halbleitervorrichtung vergrabende Halb
leiterschichten auf, die auf beiden Seiten eines vergrabe
nen Wellenleiters angeordnet sind, welcher für alle einer
Mehrzahl von optischen Halbleiterelementen dient, die auf
einem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, und welcher eine
durchgängige Schicht ausbildet, die sich durch die mehreren
optischen Halbleiterelemente ausdehnt. Desweiteren weist
die vergrabende Halbleiterschicht ein einziges Paar oder
eine Mehrzahl von Paaren von Halbleiterschichten auf, die
auf die halbisolierende Halbleiterschicht geschichtet sind,
wobei ein Paar der geschichteten Schichten eine Träger
sperrschicht, die einen Halbleiter des gleichen Leitfähig
keitstyps wie den des Halbleitersubstrats aufweist, und ei
ne halbisolierende Halbleiterschicht aufweist, die auf der
Trägersperrschicht ausgebildet ist. Deshalb wird die halb
isolierende Halbleiterschicht zwischen der Trägersperr
schicht und einer oberen Beschichtungslage angeordnet, wel
che für gewöhnlich auf dem vergrabenen Wellenleiter und der
Trägersperrschicht ausgebildet ist und einen Halbleiter ei
nes Leitfähigkeitstyps aufweist, der zu dem des Halbleiter
substrats entgegengesetzt ist, wodurch die Kapazität zwi
schen der oberen Beschichtungslage und der Trägersperr
schicht auf einen Wert verringert wird, der niedriger als
der der optischen Halbleitervorrichtung im Stand der Tech
nik ist, die einen pn-Übergang aufweist, der durch diese
zwei Schichten ausgebildet ist. Deshalb wird eine gegensei
tige Beeinflussung zwischen optischen Halbleitervorrichtun
gen durch die Trägersperrschicht verringert und die Parasi
tärkapazität der Vorrichtung wird ebenso verringert, wo
durch es ermöglicht wird, daß die Vorrichtung mit einer hö
heren Frequenz als im Stand der Technik betrieben wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung
sind in der vorhergehenden optischen Halbleitervorrichtung
als die Mehrzahl von optischen Halbleiterelementen ein La
serelement und ein optisches Modulatorelement vorgesehen,
von denen beide die vergrabenen Wellenleiter aufweisen, die
eine durchgängige Schicht ausbilden. Deshalb ist die halb
isolierende Halbleiterschicht zwischen der Trägersperr
schicht und der oberen Beschichtungslage angeordnet, welche
für gewöhnlich auf dem vergrabenen Wellenleiter und der
Trägersperrschicht ausgebildet ist und einen Halbleiter ei
nes Leitfähigkeitstyps aufweist, der zu dem des Halbleiter
substrats entgegengesetzt ist, wodurch die Kapazität zwi
schen der oberen Beschichtungslage und der Trägersperr
schicht auf einen Wert verringert wird, der niedriger als
der der optischen Halbleitervorrichtung im Stand der Tech
nik ist, die einen pn-Übergang aufweist, der durch diese
zwei Schichten ausgebildet ist. Deshalb wird eine gegensei
tige Beeinflussung zwischen optischen Halbleitervorrichtun
gen durch die Trägersperrschicht verringert und die Parasi
tärkapazität der Vorrichtung wird ebenso verringert, wo
durch es ermöglicht wird, daß die Vorrichtung mit einer hö
heren Frequenz als im Stand der Technik betrieben wird.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung
weist die halbisolierende Halbleiterschicht in der vorher
gehenden optischen Halbleitervorrichtung InP auf, das mit
Fe dotiert ist, und der Leitfähigkeitstyp des Halbleiters,
der die Trägersperrschicht ausbildet, ist der n-Typ. Des
halb ist die InP-Schicht, welche aufgrund des Beinhaltens
von Fe, welches als ein starker Akzeptor dient, halbleitend
ist, zwischen der Trägersperrschicht und einer oberen Be
schichtungslage angeordnet, welche einen Halbleiter des p-
Typs aufweist, welches ein Leitfähigkeitstyp ist, der zu
dem des Halbleitersubstrats entgegengesetzt ist, wodurch
die Kapazität zwischen der oberen Beschichtungslage und der
Trägersperrschicht auf einen Wert verringert wird, der
niedriger als der der optischen Halbleitervorrichtung im
Stand der Technik ist, die einen pn-Übergang aufweist, der
durch diese zwei Schichten ausgebildet ist. Deshalb wird
eine gegenseitige Beeinflussung zwischen optischen Halblei
tervorrichtungen durch die Trägersperrschicht des n-Typs
verringert und die Parasitärkapazität der Vorrichtung wird
ebenso verringert, wodurch es ermöglicht wird, daß die Vor
richtung mit einer höheren Frequenz als im Stand der Tech
nik betrieben wird.
Da Fe als ein starker Akzeptor in der Fe-dotierten
halbisolierenden InP-Schicht dient, wie es zuvor beschrie
ben worden ist, kann desweiteren eine Diffusion von Elek
tronen aus dem Halbleitersubstrat des n-Typs wirkungsvoll
abgeblockt werden.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung
weist die halbisolierende Halbleiterschicht in der vorher
gehenden optischen Halbleitervorrichtung InP auf, das mit
Ti dotiert ist, und der Leitfähigkeitstyp des Halbleiters,
der die Trägersperrschicht ausbildet, ist der n-Typ. Des
halb ist die InP-Schicht, welche aufgrund des Beinhaltens
von Ti, das als ein starker Akzeptor dient, halbisolierend
ist, zwischen der Trägersperrschicht und der oberen Be
schichtungslage angeordnet, welche für gewöhnlich auf dem
vergrabenen Wellenleiter und der Trägersperrschicht ausge
bildet ist und einen Halbleiter des p-Typs aufweist, wel
cher ein Leitfähigkeitstyp ist, der zu dem des Halbleiter
substrats entgegengesetzt ist, wodurch die Kapazität zwi
schen der oberen Beschichtungslage und der Trägersperr
schicht auf einen Wert verringert wird, der niedriger als
der der optischen Halbleitervorrichtung im Stand der Tech
nik ist, die einen pn-Übergang aufweist, der durch diese
zwei Schichten ausgebildet ist. Deshalb wird eine gegensei
tige Beeinflussung zwischen optischen Halbleitervorrichtun
gen durch die Trägersperrschicht des n-Typs verringert und
die Parasitärkapazität der Vorrichtung wird ebenso verrin
gert, wodurch es ermöglicht wird, daß die Vorrichtung mit
einer höheren Frequenz als im Stand der Technik betrieben
wird.
Da Ti als ein starker Akzeptor in der Ti-dotierten
halbisolierenden InP-Schicht dient, wie es zuvor beschrie
ben worden ist, kann desweiteren eine Diffusion von Elek
tronen aus dem Halbleitersubstrat des n-Typs wirkungsvoll
abgeblockt werden.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung
weist die halbisolierende Halbleiterschicht in der vorher
gehenden optischen Halbleitervorrichtung InP auf, das mit
Cr dotiert ist, und der Leitfähigkeitstyp des Halbleiters,
der die Trägersperrschicht ausbildet, ist der p-Typ. Des
halb ist die InP-Schicht, welche aufgrund des Beinhaltens
von Cr, welches als ein starker Donator dient, halbisolie
rend ist, zwischen der Trägersperrschicht und einer oberen
Beschichtungslage angeordnet, welche für gewöhnlich auf dem
vergrabenen Wellenleiter und der Trägersperrschicht ausge
bildet ist und einen Halbleiter des n-Typs aufweist, wel
ches ein Leitfähigkeitstyp ist, der zu dem des Halbleiter
substrats entgegengesetzt ist, wodurch die Kapazität zwi
schen der oberen Beschichtungslage und der Trägersperr
schicht auf einen Wert verringert wird, der niedriger als
der der optischen Halbleitervorrichtung im Stand der Tech
nik ist, die einen pn-Übergang aufweist, der durch diese
zwei Schichten ausgebildet ist. Deshalb wird eine gegensei
tige Beeinflussung zwischen optischen Halbleitervorrichtun
gen durch die Trägersperrschicht des p-Typs verringert und
die Parasitärkapazität der Vorrichtung wird ebenso verrin
gert, wodurch es ermöglicht wird, daß die Vorrichtung mit
einer höheren Frequenz als im Stand der Technik betrieben
wird.
Da Cr als ein starker Donator in der Cr-dotierten halb
isolierenden InP-Schicht dient, wie es zuvor beschrieben
worden ist, kann desweiteren eine Diffusion von Löchern aus
dem Halbleitersubstrat des p-Typs wirkungsvoll abgeblockt
werden.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung
weist die halbisolierende Halbleiterschicht in der vorher
gehenden optischen Halbleitervorrichtung nichtdotiertes
AlInAs auf. Deshalb ist die halbisolierende nichtdotierte
AlInAs-Schicht zwischen der Trägersperrschicht und einer
oberen Beschichtungslage angeordnet, welche für gewöhnlich
auf dem vergrabenen Wellenleiter und der Trägersperrschicht
ausgebildet ist und einen Halbleiter des n-Typs aufweist,
welches ein Leitfähigkeitstyp ist, der zu dem des Halblei
tersubstrats entgegengesetzt ist, wodurch die Kapazität
zwischen der oberen Beschichtungslage und der Trägersperr
schicht auf einen Wert verringert wird, der niedriger als
der der optischen Halbleitervorrichtung im Stand der Tech
nik ist, die einen pn-Übergang aufweist, der durch diese
zwei Schichten ausgebildet ist. Deshalb wird eine gegensei
tige Beeinflussung zwischen optischen Halbleitervorrichtun
gen durch die Trägersperrschicht verringert und die Parasi
tärkapazität der Vorrichtung wird ebenso verringert, wo
durch es ermöglicht wird, daß die Vorrichtung mit einer hö
heren Frequenz als im Stand der Technik betrieben wird.
Da AlInAs eine größere Bandlücke als InP oder derglei
chen aufweist, kann die halbisolierende nichtdotierte
AlInAs-Schicht desweiteren wirkungsvoll eine Diffusion von
Trägern aus dem Halbleitersubstrat oder der Beschichtungs
lage, welche InP oder dergleichen aufweisen, abblocken.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung
beinhaltet ein Herstellungsverfahren für eine optische
Halbleitervorrichtung einen Schritt eines Ausbildens einer
Schicht, welche als ein vergrabener Wellenleiter für jedes
einer Mehrzahl von optischen Halbleiterelementen auf einem
Halbleitersubstrat dient, und einen Schritt eines Aufwach
sens einer halbisolierenden Halbleiterschicht und nachfol
gend eines einzigen Paares oder von mehreren Paaren von
Halbleiterschichten, wobei ein Paar der Halbleiterschichten
eine Trägersperrschicht, die einen Halbleiter des gleichen
Leitfähigkeitstyps wie den des Halbleitersubstrats auf
weist, und eine halbisolierende Halbleiterschicht aufweist,
auf beiden Seiten des vergrabenen Wellenleiters, so daß ein
durchgängige Schicht ausgebildet wird, die sich durch die
mehreren Halbleiterelemente hindurch ausdehnt, wodurch eine
vergrabende Halbleiterschicht ausgebildet wird, die die
Halbleiterschicht und das einzige Paar oder die mehreren
Paare von Halbleiterschichten aufweist. Deshalb wird die
halbisolierende Halbleiterschicht zwischen der Trägersperr
schicht und einer oberen Beschichtungslage ausgebildet,
welche einen Halbleiter eines Leitfähigkeitstyps aufweist,
der zu dem des Halbleitersubstrats entgegengesetzt ist und
für gewöhnlich auf dem vergrabenen Wellenleiter und der
Trägersperrschicht ausgebildet ist, und somit wird die Ka
pazität zwischen diesen Schichten bezüglich der im Stand
der Technik verringert. Deshalb kann eine gegenseitige Be
einflussung zwischen optischen Halbleiterelementen verrin
gert werden, ohne daß ein Abschnitt der Trägersperrschicht
zwischen den optischen Halbleiterelementen weggeätzt wird,
und die Parasitärkapazitäten der Elemente werden verrin
gert, was es ermöglicht, daß die optische Halbleitervor
richtung mit einer höheren Frequenz als im Stand der Tech
nik betrieben wird. Desweiteren unterscheidet es sich da
durch von dem Herstellungsverfahren im Stand der Technik,
daß kein Schritt eines Ätzens eines Abschnitts der Träger
sperrschicht zwischen optischen Halbleiterelementen benö
tigt wird, bevor die obere Beschichtungslage aufgewachsen
wird, und kein Photolithographieverfahren für das Ätzen be
nötigt wird. Deshalb treten keine Verunreinigungen auf der
Oberfläche der halbisolierenden Halbleiterschicht auf, wel
ches die oberste Schicht ist, und die Kristallinität der
oberen Beschichtungslage, welche auf dieser Schicht aufge
wachsen wird, wird hervorragend aufrechterhalten, was eine
optische Halbleitervorrichtung einer hohen Zuverlässigkeit
schafft. Da kein Schritt für ein ledigliches Ätzen der Trä
gersperrschicht, welches in seinem Steuern schwierig ist,
für ein Ätzen des Bereichs zwischen den optischen Halblei
terelementen benötigt wird, kann desweiteren die Herstel
lungsausbeute der optischen Halbleitervorrichtung verbes
sert werden.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung
sind in dem vorhergehenden Herstellungsverfahren einer op
tischen Halbleitervorrichtung die Mehrzahl von optischen
Halbleiterelementen ein Laserelement und ein optisches Mo
dulatorelement und in dem Schritt eines Ausbildens des ver
grabenen Wellenleiters wird eine durchgängige Halbleiter
schicht, die sich durch das Laserelement und das optische
Modulatorelement hindurch ausdehnt, auf dem Halbleiter
substrat ausgebildet. Deshalb wird die halbisolierende
Halbleiterschicht zwischen der Trägersperrschicht und einer
oberen Beschichtungslage ausgebildet, welche für gewöhnlich
sowohl auf dem vergrabenen Wellenleiter als auch der Trä
gersperrschicht ausgebildet wird und einen Halbleiter eines
Leitfähigkeitstyps aufweist, der zu dem des Halbleiter
substrats entgegengesetzt ist, und somit kann die Kapazität
zwischen der oberen Beschichtungslage der Trägersperr
schicht auf einen Wert verringert werden, der niedriger als
der der optischen Halbleitervorrichtung im Stand der Tech
nik ist, die einen pn-Übergang aufweist, der durch diese
zwei Schichten ausgebildet ist. Deshalb kann eine gegensei
tige Beeinflussung zwischen dem Laserelement und dem opti
schen Halbleitermodulatorelement verringert werden, ohne daß
ein Abschnitt der Trägersperrschicht zwischen dem Laserele
ment und dem optischen Modulatorelement weggeätzt wird, und
eine Parasitärkapazität des optischen Halbleitermodulatore
lements wird verringert, wodurch die Modulationsbandbreite
breiter als in der Vorrichtung im Stand der Technik gemacht
wird. Desweiteren unterscheidet es sich dadurch von dem
Herstellungsverfahren im Stand der Technik, daß kein
Schritt eines Ätzens eines Abschnitts der Trägersperr
schicht zwischen optischen Halbleiterelementen benötigt
wird, bevor die obere Beschichtungslage aufgewachsen wird,
und kein photolithographisches Verfahren für das Ätzen be
nötigt wird. Deshalb treten keine Verunreinigungen auf der
Oberfläche der halbisolierenden Halbleiterschicht auf, wel
che die oberste Schicht ist, und eine Kristallinität der
oberen Beschichtungslage, welche auf dieser Schicht aufge
wachsen wird, wird hervorragend aufrechterhalten, was eine
optische Halbleitervorrichtung einer hohen Zuverlässigkeit
schafft. Da kein Schritt für ein ledigliches Ätzen der Trä
gersperrschicht, welches in seinem Steuern schwierig ist,
für ein Ätzen des Bereichs zwischen den optischen Halblei
terelementen benötigt wird, kann desweiteren die Herstel
lungsausbeute der optischen Halbleitervorrichtung verbes
sert werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung
von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeich
nung näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1(a) eine perspektivische Ansicht, die eine opti
sche Halbleitervorrichtung, die einen DFB-Laser bzw. Laser
mit verteilter Rückkopplung und einen optischen Modulator
integriert, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vor
liegenden Erfindung;
Fig. 1(b) eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung
in Fig. 1(a), wobei ein Abschnitt davon entfernt ist;
Fig. 2(a) eine Querschnittsansicht an einer Oberflä
che, die senkrecht zu dem vergrabenen Wellenleiter ver
läuft, die den optischen Modulator der optischen Halblei
tervorrichtung, die einen DFB-Laser und einen optischen Mo
dulator integriert, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2(b) eine Querschnittsansicht entlang einer
Ebene, die parallel zu dem vergrabenen Wellenleiter durch
ein gestrichelte Linie S₁-S₁ in Fig. 2(a) verläuft, die
die optische Halbleitervorrichtung in Fig. 2(a) darstellt;
Fig. 3(a) bis 3(k) perspektivische Ansichten, die
ein Herstellungsverfahren der optischen Halbleitervorrich
tung, die einen DFB-Laser und einen optischen Modulator in
tegriert, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorlie
genden Erfindung darstellt;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht an einer Oberfläche,
die senkrecht zu einem vergrabenen Wellenleiter verläuft,
die einen optischen Modulator einer optischen Halbleiter
vorrichtung, die einen DFB-Laser und einen optischen Modu
lator integriert, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht, die eine optische
Halbleitervorrichtung, die einen DFB-Laser und einen opti
schen Modulator integriert, im Stand der Technik darstellt,
wobei ein Abschnitt davon entfernt ist;
Fig. 6(a) eine Querschnittsansicht an einer Oberflä
che, die senkrecht zu dem vergrabenen Wellenleiter ver
läuft, die den optischen Modulator der optischen Halblei
tervorrichtung, die einen DFB-Laser und einen optischen Mo
dulator integriert, im Stand der Technik darstellt;
Fig. 6(b) eine Querschnittsansicht entlang einer
Ebene, die parallel zu dem vergrabenen Wellenleiter durch
eine gestrichelte Linie S₂-S₂ in Fig. 6(a) verläuft, die
die optische Halbleitervorrichtung im Stand der Technik
darstellt; und
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht, die ein Herstel
lungsverfahren der optischen Halbleitervorrichtung, die ei
nen DFB-Laser und einen optischen Modulator integriert, im
Stand der Technik darstellt.
Im weiteren Verlauf werden bevorzugte Ausführungsbei
spiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die
Zeichnung beschrieben.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten be
vorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Eine optische Halbleitervorrichtung (ein Halbleiterla
ser mit einem optischen Modulator), die einen DFB-Laser
bzw. Laser mit verteilter Rückkopplung und einen Lichtab
sorptionsmodulator integriert, gemäß dem ersten Ausfüh
rungsbeispiel ist in den Fig. 1(a) und 1(b) gezeigt. Fig.
1(a) zeigt eine perspektivische Ansicht dieser opti
schen Halbleitervorrichtung und Fig. 1(b) zeigt eine per
spektivische Ansicht der gleichen optischen Halbleitervor
richtung, wobei ein Abschnitt davon entfernt ist. In der
Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Körper des Halb
leiterlasers mit dem optischen Modulator, das Bezugszeichen
2 bezeichnet ein InP-Substrat eines n-Typs, das Bezugszei
chen 3 bezeichnet eine Ti/Pt/Au-Elektrode der unteren Ober
fläche, das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine InGaAs/InGaAsP-
Multiquantumwell-Lichtabsorptionsschicht, das Bezugszeichen
5 bezeichnet eine zweite obere InP-Beschichtungslage eines
p-Typs, das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine InGaAs-Kontakt
schicht des p-Typs, das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine
Cr/Au-Elektrode der oberen Oberfläche, das Bezugszeichen 8
bezeichnet eine untere halbisolierende Fe-dotierte InP-
Schicht, das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine InP-Lochsperr
schicht des n-Typs, das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine
obere halbisolierende Fe-dotierte InP-Schicht, das Bezugs
zeichen 11 bezeichnet eine aktive InGaAs/InGaAsP-Multiquan
tumwellschicht, das Bezugszeichen 12 bezeichnet ein vergra
benes InGaAsP-Beugungsgitter, das Bezugszeichen 14 bezeich
net eine Mesa einer aktiven Schicht (einen vergrabenen Wel
lenleiter), das Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Prozeß
mesa, das Bezugszeichen 29 bezeichnet einen SiO₂-Schutz
film, das Bezugszeichen 101 bezeichnet einen DFB-Laser und
das Bezugszeichen 102 bezeichnet einen Lichtabsorptionsmo
dulator.
Das Prinzip einer Laseroszillation und einer Lichtmodu
lation in der optischen Halbleitervorrichtung gemäß diesem
Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen das gleiche wie in
der zuvor beschriebenen optischen Halbleitervorrichtung im
Stand der Technik. Das heißt, das vergrabene InGaAsP-Beu
gungsgitter 12 unter der aktiven Schicht des DFB-Lasers 101
dient zum stabilen Abstrahlen von Laserstrahlen mit einer
einzigen Wellenlänge. Desweiteren ist die aktive Schicht 11
des DFB-Lasers 101 und die Lichtabsorptionsschicht 4 des
optischen Modulators 102 aus der durchgängigen
InGaAs/InGaAsP-Multiquantumwellschicht ausgebildet und
diese Schicht ist in dem DFB-Laser 101 dick und in dem op
tischen Modulator 102 dünn, und eine Breite jeder Quantum
well, die in dieser Schicht beinhaltet ist, ist in dem op
tischen Modulator 102 schmäler als in dem DFB-Laser 101.
Folglich ist die Energiedifferenz zwischen den unteren Ni
veaus bzw. Unterkanten des Leitungsbandes und des Valenz
bandes in der Quantumwell des DFB-Lasers 101 kleiner als
die des optischen Modulators 102, und wenn keine Vorspan
nung an den optischen Modulator angelegt wird, wird kein
Licht aus dem DFB-Laser 101 in der Lichtabsorptionsschicht
4 absorbiert. Wenn jedoch eine rückwärtsgerichtete Vorspan
nung an den optischen Modulator 102 angelegt wird, wird das
Licht aufgrund eines Starkeffekts mit Quanteneinschluß
(quantum confinement Starkeffect) (QCSE) absorbiert. Auf
diese Weise kann das Licht, das aus dem DFB-Laser 101 abge
strahlt wird, der mit Gleichstrom angesteuert wird, durch
ein Ändern der Vorspannung, die an den optischen Modulator
102 angelegt wird, moduliert werden. Anders ausgedrückt än
dert sich die Intensität des Lichts, das aus der Lichtab
sorptionsmodulatorfläche abgestrahlt wird, als Reaktion auf
die Vorspannung, die an den Modulator 102 angelegt wird.
Die optische Halbleitervorrichtung gemäß diesem Ausfüh
rungsbeispiel unterscheidet sich dadurch von der zuvor be
schriebenen optischen Halbleitervorrichtung im Stand der
Technik, daß auf beiden Seiten des vergrabenen Wellenlei
ters 14 vergrabende Schichten vorhanden sind. Eine Quer
schnittsansicht des optischen Modulators 102 ist in Fig.
2(a) dargestellt. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen
13 eine InP-Beschichtungslage des p-Typs, das Bezugszeichen
26 bezeichnet eine erste obere InP-Beschichtungslage des p-
Typs und das Bezugszeichen 30 bezeichnet die vergrabenden
Schichten auf beiden Seiten des vergrabenen Wellenleiters
14. Wie es aus der Figur zu sehen ist, ist die vergrabende
Schicht 30 auf beiden Seiten des vergrabenen Wellenleiters 14
durch ein Schichten der unteren halbisolierenden Fe-do
tierten InP-Schicht 8, der InP-Lochsperrschicht 9 des n-
Typs und der oberen halbisolierenden Fe-dotierten InP-
Schicht 10 ausgebildet. Da Fe in InP ein starker Akzeptor
wird, kann die untere halbisolierende Fe-dotierte InP-
Schicht 8 die Diffusion von Elektronen aus dem InP-Substrat
2 des n-Typs abblocken, und die InP-Lochsperrschicht 9 des
n-Typs dient zum Abblocken der Diffusion von Löchern aus
der oberen InP-Beschichtungslage 5 des p-Typs. Eine schema
tische Darstellung eines Querschnitts dieser optischen
Halbleitervorrichtung in einer Ebene, die parallel zu dem
vergrabenen Wellenleiter durch eine gestrichelte Linie S₁-
Si in Fig. 2(a) verläuft, ist in Fig. 2(b) gezeigt. Im
Gegensatz zu der zuvor beschriebenen optischen Halbleiter
vorrichtung im Stand der Technik, bei welcher sich die InP-
Lochsperrschicht 9 des n-Typs und die obere InP-Beschich
tungslage 35 des p-Typs direkt miteinander berühren, wobei
die Schnittstelle einen pn-Übergang ausbildet, befindet
sich in der optischen Halbleitervorrichtung gemäß diesem
Ausführungsbeispiel eine obere halbisolierende Fe-dotierte
InP-Schicht 10 zwischen der InP-Lochsperrschicht 9 des n-
Typs und der zweiten oberen InP-Beschichtungslage 5 des p-
Typs. Deshalb sind die Kapazitäten CA und CC zwischen der
Lochsperrschicht 9 und der zweiten oberen Beschichtungslage
5, die in Fig. 2(b) dargestellt sind, ausreichend kleiner
als die Kapazitäten (C₁ und C₃ in Fig. 6(b)) zwischen die
sen zwei Schichten im Stand der Technik. Desweiteren sind
die Kapazitäten CB und CD zwischen der Lochsperrschicht 9
und dem InP-Substrat 2 des n-Typs so klein wie CA und CC.
Da die InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs eines niedrigen
Widerstands durchgängig durch den DFB-Laser 101 und den op
tischen Modulator 102 ist, ist CA über den Widerstand R
dieser Schicht mit CC und CD verbunden. Jedoch sind CA und
CC ausreichend kleiner als jene in dem zuvor beschriebenen
Stand der Technik, wobei die gegenseitige Beeinflussung
zwischen dem DFB-Laser 101 und dem optischen Modulator 102
durch diesen Pfad, der durch die Lochsperrschicht 9 ausge
bildet wird, ausreichend verringert wird. Das heißt, die
elektrische Isolation dieser Elemente ist möglich, ohne den
Abschnitt der Lochsperrschicht 9 zwischen dem DFB-Laser 101
und dem optischen Modulator 102 wie im Stand der Technik
wegzuätzen. Da die Parasitärkapazität CA des optischen Mo
dulators 102 klein ist, und die Parasitärkapazitäten (CC
und CD) des DFB-Laser 101 ebenso klein sind, wie es zuvor
beschrieben worden ist, ist es desweiteren möglich, den op
tischen Modulator 102 in diesem Ausführungsbeispiel mit hö
heren Frequenzen zu betreiben. Anders ausgedrückt kann die
Modulationsbandbreite des optischen Modulators 102 verbrei
tert werden.
Ein Herstellungsverfahren der optischen Halbleitervor
richtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird beschrieben.
Wie es in Fig. 3(a) dargestellt ist, werden zuerst zwei
streifenförmige SiO₂-Masken 21 zum selektiven Aufwachsen
auf beiden Seiten eines Bereichs, welcher der vergrabene
Wellenleiter 14 wird, des DFB-Laser-Ausbildungsbereichs auf
der Oberfläche des InP-Substrats 2 des n-Typs ausgebildet
und Bereiche des Substrats 2 mit Ausnahme dieses maskierten
Bereichs werden auf eine vorgeschriebene Tiefe geätzt. Wie
es in Fig. 3(b) dargestellt ist, werden als nächstes unter
Verwendung einer metall-organischen Dampfphasenabscheidung
(MOCVD) aufeinanderfolgend die InGaAs/InGaAsP-Multiquantum
wellschicht 22, die InP-Beschichtungslage 13 des p-Typs,
die InGaAsP-Leiterschicht 23 und die InP-Deckschicht 24 des
p-Typs auf dem Bereich mit Ausnahme des SiO₂-Maskenbereichs
aufgewachsen. Während dieses Schritts wird die Dicke der
Aufwachsschicht auf dem Bereich zwischen den SiO₂-Masken
größer als die der Schichten, die auf den anderen Bereich
aufgewachsen werden. Deshalb wird die Dicke der Multiquan
tumwellschicht 22 größer als die der gleichen Multiquantum
wellschicht, die auf den anderen Bereich aufgewachsen wird.
Dann werden die SiO₂-Masken entfernt. Wie es in Fig. 3(c)
dargestellt ist, wird, nachdem ein Photoresist auf der ge
samten Oberfläche angeordnet worden ist, als nächstes ein
periodisches Resistmuster unter Verwendung eines Interfe
renzbelichtungsverfahrens ausgebildet und unter Verwendung
dieses Resists als eine Maske werden die InP-Deckschicht 24
des p-Typs und die InGaAsP-Leiterschicht 23 geätzt, wodurch
das Beugungsgitter 12 ausgebildet wird, das das periodische
Muster aufweist. Wie es in Fig. 3(d) dargestellt ist, wird
das Beugungsgitter 12 desweiteren durch ein Ätzen der InP-
Deckschicht 24 und der InGaAsP-Leiterschicht 23 an einem
Bereich, an dem der optische Modulator ausgebildet wird,
auf dem Bereich, an dem der DFB-Laser ausgebildet wird, zu
rückgelassen. Wie es in Fig. 3(e) dargestellt ist, wird
danach die erste obere InP-Beschichtungslage 26 des p-Typs
unter Verwendung einer metall-organischen chemischen Dampf
phasenabscheidung (MOCVD) auf der gesamten Oberfläche auf
gewachsen. Wie es in Fig. 3(f) gezeigt ist, wird danach
die SiO₂-Ätzmaske 27 auf dem Bereich, auf dem der vergra
bene Wellenleiter 14 ausgebildet wird, ausgebildet und un
ter Verwendung dieser Maske wird ein Naßätzen durchgeführt
und die Mesa der aktiven Schicht 14 (vergrabener Wellenlei
ter) wird ausgebildet. Wie es in Fig. 3(g) dargestellt
ist, werden als nächstes die untere halbisolierende Fe-do
tierte InP-Schicht 8, die InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs
und die obere halbisolierende Fe-dotierte InP-Schicht 10
unter Verwendung einer metall-organischen chemischen Dampf
phasenabscheidung (MOCVD) aufeinanderfolgend und selektiv
auf beiden Seiten der Mesa der aktiven Schicht 14 aufge
wachsen, wodurch die vergrabende Schicht 30 ausgebildet
wird. Wie es in Fig. 3(h) gezeigt ist, werden, nachdem die
SiO₂-Ätzmaske 27 entfernt worden ist, als nächstes die
zweite obere InP-Beschichtungslage 5 des p-Typs und die
InGaAs-Kontaktschicht 6 des p-Typs unter Verwendung einer
metall-organischen Dampfphasenabscheidung aufeinanderfol
gend auf der gesamten Oberfläche aufgewachsen. Danach wird
der Abschnitt der InGaAs-Kontaktschicht 6 des p-Typs zwi
schen dem DFB-Laser 101 und dem optischen Modulator 102
weggeätzt und eine Isolationsrille 28 wird ausgebildet. Wie
es in Fig. 3(j) gezeigt ist, wird, nachdem die Bereiche
auf beiden Seiten des Bereichs, an dem der DFB-Laser 101
und der optische Modulator 102 ausgebildet werden, wegge
ätzt worden sind, wodurch die Prozeßmesa 15 ausgebildet
wird, als nächstes der SiO₂-Schutzfilm 29 durch ein Bestäu
ben auf der gesamten Oberfläche angeordnet. Als nächstes
werden die Abschnitte des SiO₂-Schutzfilms 29 direkt auf
der aktiven Schicht 14 des DFB-Lasers 101 und der Lichtab
sorptionsschicht 4 des optischen Modulators 102 entfernt
und der Cr/Au-Film wird durch Bedampfung auf der gesamten
Oberfläche angeordnet. Wie es in Fig. 3(k) gezeigt ist,
wird danach der Bereich, an dem die Elektrode 7 der oberen
Oberfläche ausgebildet wird, mit Au plattiert und durch ein
Ätzen des Cr/Au-Films unter Verwendung dieser Au-Plattier
schicht als eine Maske, wird die Cr/Au-Elektrode 7 der obe
ren Oberfläche ausgebildet. Schließlich wird, nachdem die
untere Oberfläche des InP-Substrats 2 des n-Typs geschlif
fen worden ist, die Ti/Pt/Au-Elektrode 3 der unteren Ober
fläche ausgebildet, wodurch die optische Halbleitervorrich
tung erzielt wird, die einen DFB-Laser 101 und einen
Lichtabsorptionsmodulator 102 integriert, die in Fig. 1
dargestellt ist.
Das Herstellungsverfahren der optischen Halbleitervor
richtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich dadurch von dem zuvor beschriebenen Herstellungsver
fahren im Stand der Technik, daß es keinen Schritt eines
Wegätzens eines Abschnitts der InP-Lochsperrschicht 9 zwi
schen dem DFB-Laser und dem optischen Modulator gibt, bevor
die zweite obere InP-Beschichtungslage 5 des p-Typs aufge
wachsen wird. Deshalb wird kein Photolithographieverfahren
für dieses Ätzen durchgeführt und folglich treten keine
Verunreinigungen auf der Oberfläche der oberen halbisolie
renden Fe-dotierten InP-Schicht 10 auf und die Kristallini
tät der zweiten oberen InP-Beschichtungslage 5 des p-Typs,
welche auf der Oberfläche der oberen halbisolierenden Fe
dotierten InP-Schicht 10 aufgewachsen wird, wird hervorra
gend aufrechterhalten, wodurch eine optische Halbleitervor
richtung einer hohen Zuverlässigkeit erzielt wird. Da es
desweiteren keinen Schritt eines lediglichen Wegätzens des
Abschnitts der InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs zwischen
dem DFB-Laser 101 und dem optischen Modulator 102 beinhal
tet, welches in seinem Steuern schwierig ist, kann die Her
stellungsausbeute der optischen Halbleitervorrichtung ver
bessert werden.
Da Ti in InP ähnlich wie Fe als ein starker Akzeptor
dient, kann anstelle des Fe-dotierten InP Ti-dotiertes InP
für die halbisolierenden InP-Schichten 8 und 10 verwendet
werden und eine ähnliche Auswirkung wie vorhergehend wird
erzielt.
Da Cr in InP als ein starker Donator dient, kann des
weiteren anstelle des Fe-dotierten InP Cr-dotiertes InP für
die halbisolierenden InP-Schichten 8 und 10 verwendet wer
den, und ähnliche Auswirkungen, wie sie vorhergehend be
schrieben worden sind, werden erzielt. In diesem Fall muß
jedoch der Leitfähigkeitstyp der entsprechenden Schichten
zu jenen, die zuvor beschrieben worden sind, entgegenge
setzt sein. Das heißt, das InP-Substrat 2 und die Loch
sperrschicht 9 sollten vom p-Typ sein und die obere Be
schichtungslage 5 sollte vom -n-Typ sein. In diesem Fall
wird die Lochsperrschicht 9 durch eine Elektronensperr
schicht zum Abblocken der Diffusion von Elektronen aus der
oberen Beschichtungslage 5 des n-Typs ersetzt.
Halbisolierendes nichtdotiertes AlInAs kann anstelle
des Fe-dotierten InP für die halbleitenden InP-Schichten 8
und 10 verwendet werden und ähnliche Auswirkungen, wie sie
zuvor beschrieben worden sind, werden erzielt. Dies steht
aufgrund der Tatsache, daß die Bandlücke von AlInAs größer
als die von InP ist, und dies kann die Diffusion von Trä
gern (Elektronen und Löchern) aus den InP-Schichten 8 und
10 wirkungsvoll abblocken.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten be
vorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Ein Querschnitt eines optischen Modulators einer opti
schen Halbleitervorrichtung gemäß diesem Ausführungsbei
spiel, die einen DFB-Laser und einen Lichtabsorptionsmodu
lator integriert, ist in Fig. 4 dargestellt. Wie es aus
der Figur zu sehen ist, weist die vergrabende Schicht 30
auf beiden Seiten des vergrabenen Wellenleiters 14 drei
Schichten einer halbisolierenden Fe-dotierten InP-Schicht
41 und zwei Schichten einer InP-Lochsperrschicht 42 des n-
Typs auf, die abwechselnd aufeinander geschichtet sind. Die
anderen Strukturen als diese vergrabende Schicht sind so
wohl für den DFB-Laser als auch den optischen Modulator die
gleichen wie die in der optischen Halbleitervorrichtung des
ersten Ausführungsbeispiels. Das heißt, in Fig. 4 bezeich
net das Bezugszeichen 2 ein InP-Substrat des n-Typs, das
Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Ti/Pt/Au-Elektrode der un
teren Oberfläche, das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine
InGaAs/InGaAsP-Multiquantumwell-Lichtabsorptionsschicht,
das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine zweite obere InP-Be
schichtungslage des p-Typs, das Bezugszeichen 6 bezeichnet
eine InGaAs-Kontaktschicht des p-Typs, das Bezugszeichen 7
bezeichnet eine Cr/Au-Elektrode der oberen Oberfläche, das
Bezugszeichen 13 bezeichnet eine InP-Beschichtungslage des
p-Typs, das Bezugszeichen 26 bezeichnet eine erste obere
InP-Beschichtungslage des p-Typs und das Bezugszeichen 29
bezeichnet einen SiO₂-Schutzfilm.
Da sich in der optischen Halbleitervorrichtung dieses
Ausführungsbeispiels ebenso die obere halbisolierende Fe
dotierte InP-Schicht 41 zwischen der oberen InP-Lochsperr
schicht 42 des n-Typs und der zweiten oberen InP-Beschich
tungslage 5 des p-Typs befindet, wird die Kapazität zwi
schen der Lochsperrschicht 42 und der zweiten oberen Be
schichtungslage 5 ausreichend kleiner als die Kapazität des
pn-Übergangs zwischen den zwei entsprechenden Schichten im
Stand der Technik. Da die InP-Lochsperrschicht 42 des n-
Typs eines niedrigen Widerstands durchgängig durch den DFB-
Laser und den optischen Modulator ist, ist die Kapazität
auf der Modulatorseite mit der Kapazität auf der DFB-Laser
seite durch den Widerstand dieser Schicht verbunden. Wie es
zuvor beschrieben worden ist, ist jedoch die Kapazität auf
der Modulatorseite ausreichend kleiner als die im Stand der
Technik und die gegenseitige Beeinflussung zwischen dem
DFB-Laser und dem optischen Modulator in diesem Pfad ist
verringert. Das heißt, die elektrische Isolation dieser
Elemente ist ohne ein Wegätzen des Abschnitts der Loch
sperrschicht 42 zwischen dem DFB-Laser und dem optischen
Modulator, wie im Stand der Technik, möglich. Da sowohl die
Parasitärkapazität des optischen Modulators klein ist als
auch die Parasitärkapazität des DFB-Lasers, welche mit der
ersteren verbunden ist, klein ist, ist es desweiteren mög
lich, den optischen Modulator in diesem Ausführungsbeispiel
mit einer höheren Frequenz zu betreiben. Anders ausgedrückt
kann die Modulationsbandbreite des optischen Modulators
verbreitert werden.
Bei dem Herstellungsverfahren der optischen Halbleiter
vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die
vergrabenden Schichten 30 auf beiden Seiten des vergrabenen
Wellenleiters so aufgewachsen, daß drei halbisolierende Fe
dotierte InP-Schichten 41 und zwei InP-Lochsperrschichten
42 des n-Typs abwechselnd aufeinander aufgewachsen werden,
wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Außer dem Schritt des
Aufwachsens dieser vergrabenden Schicht 30 ist das Herstel
lungsverfahren das gleiche wie in dem ersten Ausführungs
beispiel. Das Herstellungsverfahren einer optischen Halb
leitervorrichtung dieses Ausführungsbeispiels unterscheidet
sich dadurch von dem Herstellungsverfahren im Stand der
Technik, daß kein Schritt für ein Wegätzen eines Abschnitts
der InP-Lochsperrschicht 42 des n-Typs zwischen dem DFB-La
ser und dem optischen Modulator benötigt wird, bevor die
zweite obere InP-Beschichtungslage 5 des p-Typs aufgewach
sen wird. Deshalb wird kein Photolithographieverfahren für
das Ätzen durchgeführt und folglich treten keine Verunrei
nigungen auf der Oberfläche der obersten halbisolierenden
Fe-dotierten InP-Schicht 41 auf und die Kristallinität der
zweiten oberen InP-Beschichtungslage 5 des p-Typs, welche
auf der Oberfläche der obersten halbisolierenden Fe-dotier
ten InP-Schicht 41 aufgewachsen wird, wird hervorragend
aufrechterhalten, wodurch eine optische Halbleitervorrich
tung einer hohen Zuverlässigkeit erzielt wird. Da es des
weiteren keinen Schritt eines lediglichen Wegätzens des Ab
schnitts der InP-Lochsperrschicht 42 des n-Typs zwischen
dem DFB-Laser und dem optischen Modulator beinhaltet, wel
cher in seinem Steuern schwierig ist, kann die Herstel
lungsausbeute der optischen Halbleitervorrichtung verbes
sert werden.
Wie es ebenso in dem ersten Ausführungsbeispiel be
schrieben wird, kann anstelle des Fe-dotierten InP Ti-do
tiertes InP, Cr-dotiertes InP oder nichtdotiertes AlInAs
für die halbisolierende InP-Schicht 41 verwendet werden. In
diesen Fällen werden ähnliche Auswirkungen, wie wenn Fe-do
tiertes InP verwendet wird, erzielt. Wenn jedoch das Cr-do
tierte InP verwendet wird, muß der Leitfähigkeitstyp von
jeweiligen Schichten entgegengesetzt zu denen sein, welche
unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben worden sind.
Außerdem kann, obgleich die vergrabenden Schichten auf
beiden Seiten des vergrabenden Wellenleiters drei halbiso
lierende Fe-dotierte InP-Schichten 41 und zwei InP-Loch
sperrschichten 42 des n-Typs aufweisen, die abwechselnd
aufeinander geschichtet sind, eine größere Anzahl von halb
isolierenden Fe-dotierten InP-Schichten und InP-Lochsperr
schichten des n-Typs abwechselnd geschichtet werden und
ähnlichen Auswirkungen werden erzielt. Jedoch müssen die
oberste Schicht und die unterste Schicht Schichten sein,
die halbisolierendes Fe-dotiertes InP aufweisen.
In der vorhergehenden Beschreibung ist eine optische
Halbleitervorrichtung offenbart worden, die einen DFB-Laser
und einen Lichtabsorptionsmodulator beinhaltet und bei der
eine halbisolierende Halbleiterschicht zwischen einer Trä
gersperrschicht und einer oberen Beschichtungslage angeord
net ist, wobei die obere Beschichtungslage einen zu dem des
Halbleitersubstrats entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp
aufweist und auf dem vergrabenen Wellenleiter und der Trä
gersperrschicht ausgebildet ist, und wobei die Kapazität
zwischen der Trägersperrschicht und der oberen Beschich
tungslage verringert ist. Deshalb wird eine gegenseitige
Beeinflussung zwischen dem DFB-Laser und dem Lichtabsorpti
onsmodulator durch die Trägersperrschicht verringert.
Claims (8)
1. Optische Halbleitervorrichtung mit:
einem Halbleitersubstrat (2), das eine Oberfläche auf weist; und
einer Mehrzahl von optischen Halbleiterelementen (101, 102), die auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats (2) angeordnet sind;
wobei alle optischen Halbleiterelemente (101, 102) ei nen vergrabenen Wellenleiter (14) und vergrabende Halblei terschichten (8, 9, 10) aufweisen, die auf beiden Seiten des vergrabenen Wellenleiters (14) ausgebildet sind, wobei die vergrabende Halbleiterschicht (8, 9, 10) eine durchgän gige Schicht ausbildet, die sich durch die mehreren opti schen Halbleiterelemente (101, 102) ausdehnt; und
wobei die vergrabende Halbleiterschicht (8, 9, 10) ein einziges Paar oder eine Mehrzahl von Paaren von geschichte ten Schichten aufweist, die auf einer halbisolierenden Halbleiterschicht (8) ausgebildet sind, wobei ein Paar der geschichteten Schichten eine Trägersperrschicht (9), die einen Halbleiter des gleichen Leitfähigkeitstyps wie den des Halbleitersubstrats (2) aufweist, und eine halbisolie rende Halbleiterschicht (10) aufweist, die auf der Träger sperrschicht (9) ausgebildet ist.
einem Halbleitersubstrat (2), das eine Oberfläche auf weist; und
einer Mehrzahl von optischen Halbleiterelementen (101, 102), die auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats (2) angeordnet sind;
wobei alle optischen Halbleiterelemente (101, 102) ei nen vergrabenen Wellenleiter (14) und vergrabende Halblei terschichten (8, 9, 10) aufweisen, die auf beiden Seiten des vergrabenen Wellenleiters (14) ausgebildet sind, wobei die vergrabende Halbleiterschicht (8, 9, 10) eine durchgän gige Schicht ausbildet, die sich durch die mehreren opti schen Halbleiterelemente (101, 102) ausdehnt; und
wobei die vergrabende Halbleiterschicht (8, 9, 10) ein einziges Paar oder eine Mehrzahl von Paaren von geschichte ten Schichten aufweist, die auf einer halbisolierenden Halbleiterschicht (8) ausgebildet sind, wobei ein Paar der geschichteten Schichten eine Trägersperrschicht (9), die einen Halbleiter des gleichen Leitfähigkeitstyps wie den des Halbleitersubstrats (2) aufweist, und eine halbisolie rende Halbleiterschicht (10) aufweist, die auf der Träger sperrschicht (9) ausgebildet ist.
2. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß
als die mehreren optischen Halbleiterelemente ein La serelement (101) und ein optischer Modulator (102) vorgese hen sind; und dadurch, daß
die vergrabenen Wellenleiter (14) des Laserelements (101) und des optischen Modulators (102) eine durchgängige Schicht ausbilden.
als die mehreren optischen Halbleiterelemente ein La serelement (101) und ein optischer Modulator (102) vorgese hen sind; und dadurch, daß
die vergrabenen Wellenleiter (14) des Laserelements (101) und des optischen Modulators (102) eine durchgängige Schicht ausbilden.
3. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß
die halbisolierende Halbleiterschicht (8, 10) InP auf weist, das mit Fe dotiert ist, und dadurch, daß
der Leitfähigkeitstyp eines Halbleiters, der die Trä gersperrschicht (9) bildet, ein n-Typ ist.
die halbisolierende Halbleiterschicht (8, 10) InP auf weist, das mit Fe dotiert ist, und dadurch, daß
der Leitfähigkeitstyp eines Halbleiters, der die Trä gersperrschicht (9) bildet, ein n-Typ ist.
4. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß
die halbisolierende Halbleiterschicht (8, 10) InP auf weist, das mit Ti dotiert ist, und dadurch, daß
der Leitfähigkeitstyp eines Halbleiters, der die Trä gersperrschicht (9) bildet, ein n-Typ ist.
die halbisolierende Halbleiterschicht (8, 10) InP auf weist, das mit Ti dotiert ist, und dadurch, daß
der Leitfähigkeitstyp eines Halbleiters, der die Trä gersperrschicht (9) bildet, ein n-Typ ist.
5. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß
die halbisolierende Halbleiterschicht (8, 10) InP auf weist, das mit Cr dotiert ist, und dadurch, daß
der Leitfähigkeitstyp eines Halbleiters, der die Trä gersperrschicht (9) bildet, ein p-Typ ist.
die halbisolierende Halbleiterschicht (8, 10) InP auf weist, das mit Cr dotiert ist, und dadurch, daß
der Leitfähigkeitstyp eines Halbleiters, der die Trä gersperrschicht (9) bildet, ein p-Typ ist.
6. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die halbisolierende Halbleiter
schicht (8, 10) nichtdotiertes AlInAs aufweist.
7. Herstellungsverfahren einer optischen Halbleitervor
richtung, das die folgenden Schritte aufweist:
Ausbilden einer Schicht, welche als ein vergrabener Wellenleiter (14) für jedes einer Mehrzahl von optischen Halbleiterelementen (101, 102) auf einem Halbleitersubstrat (2) dient;
Aufwachsen einer halbisolierenden Halbleiterschicht (8) und nachfolgend eines einzigen Paares oder von mehreren Paaren von Halbleiterschichten, wobei ein Paar der Halblei terschichten eine Trägersperrschicht (9), die einen Halb leiter des gleichen Leitfähigkeitstyps wie den des Halblei tersubstrats (2) aufweist, und eine halbisolierende Halb leiterschicht (10) aufweist, auf beiden Seiten des vergra benen Wellenleiters (10), so daß eine durchgängige Schicht ausgebildet wird, die sich durch die mehreren Halbleiter elemente (101, 102) hindurch ausdehnt, wodurch eine vergra bende Halbleiterschicht ausgebildet wird, die die Halblei terschicht (8) und das einzelne Paar oder die mehreren Paare von Halbleiterschichten (9, 10) aufweist.
Ausbilden einer Schicht, welche als ein vergrabener Wellenleiter (14) für jedes einer Mehrzahl von optischen Halbleiterelementen (101, 102) auf einem Halbleitersubstrat (2) dient;
Aufwachsen einer halbisolierenden Halbleiterschicht (8) und nachfolgend eines einzigen Paares oder von mehreren Paaren von Halbleiterschichten, wobei ein Paar der Halblei terschichten eine Trägersperrschicht (9), die einen Halb leiter des gleichen Leitfähigkeitstyps wie den des Halblei tersubstrats (2) aufweist, und eine halbisolierende Halb leiterschicht (10) aufweist, auf beiden Seiten des vergra benen Wellenleiters (10), so daß eine durchgängige Schicht ausgebildet wird, die sich durch die mehreren Halbleiter elemente (101, 102) hindurch ausdehnt, wodurch eine vergra bende Halbleiterschicht ausgebildet wird, die die Halblei terschicht (8) und das einzelne Paar oder die mehreren Paare von Halbleiterschichten (9, 10) aufweist.
8. Herstellungsverfahren einer optischen Halbleitervor
richtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mehrzahl der optischen Halbleiterelemente ein La serelement (101) und ein optischer Modulator (102) ist, und dadurch, daß
der Schritt eines Ausbildens des vergrabenen Wellen leiters (14) zum Ausbilden einer durchgängigen Halbleiter schicht dient, die sich durch das Laserelement (101) und den optischen Modulator (102) auf dem Halbleitersubstrat (2) ausdehnt.
die Mehrzahl der optischen Halbleiterelemente ein La serelement (101) und ein optischer Modulator (102) ist, und dadurch, daß
der Schritt eines Ausbildens des vergrabenen Wellen leiters (14) zum Ausbilden einer durchgängigen Halbleiter schicht dient, die sich durch das Laserelement (101) und den optischen Modulator (102) auf dem Halbleitersubstrat (2) ausdehnt.
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