DE10136727A1 - Photonische Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Abstract

Eine erfindungsgemäße Halbleiterlaservorrichtung weist einen Kombinator auf, der einen Multimodeninterferenzwellenleiter zum Verbinden einer Lasereinheit mit einem Lichtmodulator einer Ausgabeeinheit beinhaltet, wobei die Lasereinheit eine Mehrzahl von Einzelwellenlängen-Halbleiterlasern beinhaltet, die jeweils eine unterschiedliche Wellenlänge aufweisen, und der Kombinator mit einer Halbleiterdeckschicht bedeckt und in dieser vergraben ist, die die gleiche Materialzusammensetzung wie die von Stromsperrstrukturen in der Lasereinheit aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine photonische Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung so­ wohl eine Halbleiterlaservorrichtung zur Verwendung mit Wellenlängenmultiplexverfahren zum Durchführen optischer Übermittlungen als auch ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung.

In den letzten Jahren ist Wellenlängenmultiplex- bzw. WDM-Verfahren aufgrund ihrer Fähigkeit, Kapazitäten einer Datenübertragung über optische Fasern zu vergrößern, Auf­ merksamkeit gewidmet worden. Das Verwenden von WDM kann die Kapazität einer verlegten optischen Faser, Daten zu übertragen, beträchtlich um einen dutzendfachen Faktor vervielfachen. Bei Laserdioden mit verteilter Rückkopp­ lung bzw. DFB-LD, die als Lichtquellen von WDM-Systemen verwendet werden, müssen die Oszillationswellenlängen in­ nerhalb eines breiten Wellenlängenbereichs von zum Bei­ spiel zwischen 10 und 50 nm in gleichen Intervallen von zum Beispiel 0,4 oder 0,8 nm gehalten werden. Das Erfor­ dernis ist im allgemeinen durch Verwendung von Halblei­ terlasereinheiten erfüllt worden, die jeweils bei einer bestimmten Oszillationswellenlänge als eine Lichtquelle dienen. Diese Praxis wird umso kostspieliger, je größer die Anzahl der eingebauten Lichtquellen wird.

Die steigenden Kosten von konfigurierten Lichtquellen machen es immer schwieriger, mehr und mehr Wellenlängen zu multiplexen. Eine Lösung dieses Problems besteht darin, eine Laserdiode mit abstimmbarer Wellenlänge zu verwenden, die durch Ändern des elektrischen Stromwerts auf einem einzelnen Chip imstande ist, viele Wellenlängen anzusprechen. Eine andere Lösung besteht in der Verwen­ dung einer Vielzahl von Laserdioden, die in einem einzel­ nen integrierten Chip zum Handhaben vieler Wellenlängen angeordnet sind. Diese Lichtquellen werden im weiteren Verlauf allgemein als Multiwellenlängen-Laserquellen be­ zeichnet.

Es ist bevorzugt, daß die Multiwellenlängen-Laser­ quelle nicht nur als eine Lichtquelle eines tatsächlichen Systems, sondern auch als eine Ersatzlichtquelle einer WDM-Übertragungsvorrichtung verwendet wird, in der ein einzelner Chip viele Lichtquellen trägt. Ein derartiger Aufbau ist, wenn er verwirklicht wird, vorteilhaft bezüg­ lich Kosten, da er ein billiges, aber höchst zuverlässi­ ges Übertragungssystem bildet.

In dieser Hinsicht wird es erwartet, daß billige Mul­ tiwellenlängen-Laserquellen zum Weiterleiten von Infor­ mation zu verschiedenen Orten bezüglich eines Netzwerks durch Ändern der Laserausgangswellenlängen (d. h. zum Wei­ terleiten mittels Wellenlängen) zukünftig eine wesentli­ che Rolle beim Aufbauen eines vollständig optischen Netz­ werks spielen. Für Multiwellenlängen-Laserquellen werden derzeit Studien bezüglich sowohl derartiger Vorrichtungen wie Laserdioden mit abstimmbaren Wellenlängen zum Verwen­ den vieler Wellenlängen durch Verändern des elektrischen Stromwerts auf einem einzelnen Chip als auch einer Mehr­ zahl von in einem einzelnen Chip gruppierten Laserdioden zum Handhaben einer Mehrzahl von Wellenlängen durchge­ führt, wobei jede Vorrichtung mit Lichtmodulatoren inte­ griert ist.

Zum Beispiel offenbaren die Autoren von "Compact High-Power Wavelength Selectable Laser for WDM Applicati­ ons" (Optical Fiber Communication Conference Technical Digest, Tull, 5. bis 10. März 2000, Baltimore, Maryland, USA) einen Chip, der eine achtkanalige Lasergruppe mit Ausgangssignalen von acht Wellenlängen, die in einem Ab­ stand von 3,18 nm angeordnet sind, einen Kombinator zum Kombinieren der mehreren Ausgangssignale zu einem Aus­ gangssignal und einen optischen Halbleiterverstärker in­ tegriert. Der Kombinator zum Auswählen von einer der acht Wellenlängen in dem Chip ist ein 8 × 1-MMI- bzw. -Multimo­ deninterferenzwellenlängenkombinator.

Fig. 12 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Halbleiterlaservorrichtung im Stand der Technik. In Fig. 12 bezeichnet das Bezugszeichen 200 eine Halbleiterlaser­ vorrichtung, bezeichnet das Bezugszeichen 202 eine Laser­ einheit, bezeichnet das Bezugszeichen 204 einen Kombina­ tor, bezeichnet das Bezugszeichen 206 eine Ausgabeein­ heit, bezeichnet das Bezugszeichen 208 eine Lasergruppe, bezeichnet das Bezugszeichen 210 Elektroden der Laser­ gruppe 208, bezeichnet das Bezugszeichen 212 einen 4 × 1- MMI-Kombinator, bezeichnet das Bezugszeichen 214 einen Elektroabsorptionsmodulator bzw. EAM, bezeichnet das Be­ zugszeichen 216 Elektroden des EAM 214 und bezeichnet das Bezugszeichen 218 eine InP-Deckschicht.

Ein typisches Verfahren zum Herstellen der Halblei­ terlaservorrichtung im Stand der Technik wird nachstehend erläutert. Fig. 13 zeigt eine perspektivische Ansicht der Halbleiterlaservorrichtung im Stand der Technik in einem Herstellungsverfahren. Fig. 14 zeigt eine perspektivische Ansicht zum schematischen Erläutern, wie die Halbleiter­ laservorrichtung im Stand der Technik einen Defekt ent­ wickeln kann, der dem Verfahren zum Herstellen dieser Vorrichtung zuzuschreiben ist.

In Fig. 13 werden eine n-InP-Beschichtungslage 222 (ein n-Leitfähigkeitstyp wird hier im weiteren Verlauf als "n-" bezeichnet), eine aktive Laserschicht 224 und eine p-InP-Beschichtungslage 226 (ein p-Leitfähigkeitstyp wird hier im weiteren Verlauf als "p-" bezeichnet) auf einem InP-Substrat 220 ausgebildet. Von dem Substrat 220 werden dann Abschnitte ausgenommen von denen für die La­ sereinheit 202 entfernt. Über den Substratbereichen, die von ihren Schichtelementen befreit sind, werden eine n- InP-Beschichtungslage 228, eine optische Wellenleiter­ schicht 230 und eine p-Beschichtungslage 232 ausgebildet. Während des Verfahrens wird eine Beugungsgitterschicht (nicht gezeigt) in der n-InP-Beschichtungslage 222 oder p-InP-Beschichtungslage 226 der Lasereinheit 202 ausge­ bildet.

Dann wird ein Isolierfilm über der Schichtstruktur ausgebildet. Es wird ein Maskenmuster 234 vorbereitet, durch welches die Lasereinheit 202 als eine bandförmige Lasergruppe einer Breite von 1 bis 2 µm, der MMI-Kombina­ tor 212 als ein Rechteck einer Breite von 5 bis 50 µm und einer Länge von 20 bis 500 µm in der Richtung eines Reso­ nators und der Lichtmodulator als eine Bandform einer Breite von 1 bis 2 µm auszubilden ist. Ein Ätzen wird un­ ter Verwendung des Maskenmusters 234 als eine Maske aus­ geführt, bis die aktive Laserschicht 224 der Lasereinheit 202 oder die optische Wellenleiterschicht 230 durchgeätzt ist oder bis das Substrat 220 freiliegt, wodurch eine Stegstruktur ausgebildet wird. Fig. 13 zeigt das Ergebnis dieser Verarbeitung. Später wird ein vergrabenes Wachs­ tumsverfahren bzw. buried growth process bezüglich der InP-Deckschicht 218 unter Verwendung des Maskenmusters 234 als eine Maske zum selektiven Aufwachsen durchge­ führt.

Dann werden die Kontaktelektroden 210 auf der Laser­ einheit 202 ausgebildet und wird der EAM 214 der Ausgabe­ einheit 206 mit einer Kontaktelektrode 216 versehen. Eine rückseitige Oberfläche des Substrats 220 wird auf eine Dicke von 100 µm poliert, um Elektroden der rückseitigen Oberfläche auszubilden. Dies vervollständigt die Halblei­ terlaservorrichtung 200, die in Fig. 12 dargestellt ist.

Ein Nachteil des vorhergehenden Verfahrens zum Her­ stellen der Halbleiterlaservorrichtung 200 ist wie folgt: aufgrund einer übermäßigen oberen Oberfläche des MMI-Kom­ binators 212 kann das vergrabene Wachstumsverfahren unter Verwendung der Maske zum selektiven Aufwachsen InP-Poly­ kristalle 238 zurücklassen, die, wie es in Fig. 14 ge­ zeigt ist, über dem Isolierfilm auf dem Wellenleiter des MMI-Kombinators 212 aufgewachsen worden sind. Die derart aufgewachsenen Polykristalle können in nachfolgenden Ver­ fahren zu gebrochenen Resistschichten oder ähnlichen Un­ regelmäßigkeiten führen.

Fig. 15 zeigt eine perspektivische Ansicht einer an­ deren Halbleiterlaservorrichtung im Stand der Technik. In Fig. 15 bezeichnet das Bezugszeichen 240 eine Halbleiter­ laservorrichtung und bezeichnet das Bezugszeichen 242 sich verzweigende Wellenleiter. Die Halbleiterlaservor­ richtung 240 verwendet die sich verzweigenden Wellenlei­ ter 242 anstelle eines MMI-Kombinators 212.

Fig. 16 zeigt eine perspektivische Ansicht der Halb­ leiterlaservorrichtung in Fig. 15 in einem Verfahren ih­ rer Herstellung. Fig. 17 zeigt eine perspektivische An­ sicht zum schematischen Erläutern, wie die Halbleiterla­ servorrichtung im Stand der Technik einen Defekt entwic­ keln kann, der dem Verfahren zum Herstellen Vorrichtung zuzuschreiben ist.

Das Verfahren zur Herstellung der Halbleiterlaservor­ richtung 240 ist hinsichtlich des Ausbildens der Schichtstruktur der Lasereinheit 202, des Kombinators 204 und der Ausgabeeinheit 206 das gleiche wie das Verfahren zur Herstellung der Halbleiterlaservorrichtung 200.

Dann wird ein Isolierfilm über der Schichtstruktur ausgebildet. Es wird ein Maskenmuster 244 vorbereitet, durch welches die Lasereinheit 202 als eine bandförmige Lasergruppe einer Breite von 1 bis 2 µm, die sich ver­ zweigenden Wellenleiter 242 mit einer Breite von 1 bis 2 µm, von denen jeder mit der Lasereinheit 202 verbunden ist, und der Lichtmodulator als eine Bandform einer Breite von 1 bis 2 µm auszubilden ist. Ein Ätzen wird un­ ter Verwendung des Maskenmusters 244 als eine Maske aus­ geführt, bis die aktive Laserschicht 224 der Lasereinheit 202 oder Wellenleiterschichten von anderen Bereichen durchgeätzt sind, wodurch eine Stegstruktur ausgebildet wird. Fig. 16 zeigt das Ergebnis dieser Verarbeitung.

Später wird ein vergrabenes Wachstumsverfahren bzw. buried growth process bezüglich der InP-Deckschicht 218 unter Verwendung des Maskenmusters 244 als eine Maske zum selektiven Aufwachsen durchgeführt.

Dann werden die Kontaktelektroden 210 auf der Laser­ einheit 202 ausgebildet und wird der EAM 214 der Ausgabe­ einheit 206 mit einer Kontaktelektrode 216 versehen. Eine rückseitige Oberfläche des Substrats 220 wird auf eine Dicke von 100 µm poliert, um Elektroden der rückseitigen Oberfläche auszubilden. Dies vervollständigt die Halblei­ terlaservorrichtung 240, die in Fig. 15 dargestellt ist.

Ein Nachteil des vorhergehenden Verfahrens zum Her­ stellen der Halbleiterlaservorrichtung 240 ist wie folgt: wenn das vergrabene Wachstumsverfahren bezüglich der InP- Deckschicht 218 durchgeführt wird, um die sich verzwei­ genden Wellenleiter 242 in der Lasereinheit 202 und Aus­ gabeeinheit 206 auszubilden, können die Gabelungen der Verzweigungen durch abnormales Wachstum, wie es in Fig. 17 gezeigt ist, Vorsprünge 246 entwickeln. Die Vorsprünge 246 können in nachfolgenden Verfahren zu gebrochenen Re­ sistschichten oder ähnlichen Unregelmäßigkeiten führen.

Das vergrabene Wachstumsverfahren des Kombinatorab­ schnitts kann, wenn er herkömmlich durchgeführt wird, das Ausbilden von Polykristallen 238 oder Vorsprüngen 246 durch abnormales Wachstum nach sich ziehen, wie es vor­ hergehend beschrieben worden ist. Der Defekt führt zu fehlerhaften Verfahren, die dazu führen können, daß die Ausbeuten der photonischen Halbleitervorrichtung verrin­ gert werden oder ihre Zuverläßlichkeit schlechter wird.

Die mit dieser Erfindung verwandten Veröffentlichun­ gen beinhalten die Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr. Hei 11-211924. Diese Veröffentlichung offenbart eine Siliziumsubstratanordnung, die eine Mehrzahl von Seelen, zum Leiten von Licht, das von einer Mehrzahl von Einzel­ longitudinalmode-Halbleiterchips abgegeben wird, die Elektroabsorptions-Halbleiterlichtmodulatoren beinhalten; einen Multimodeninterferenzwellenlängenkombinator; und mindestens einen kristalloptischen Ausgabewellenleiter trägt. Die Offenbarung nimmt jedoch keinen Bezug auf eine vergrabene Struktur des optischen Mulimodeninterferenz­ kombinators.

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorhergehenden Umstände geschaffen worden und demgemäß besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, die vorherge­ henden und anderen Unzulänglichkeiten im Stand der Tech­ nik zu überwinden und eine höchst zuverläßige photonische Halbleitervorrichtung, die mit hohen Ausbeuteraten herge­ stellt werden kann, und ein Verfahren zu ihrer Herstel­ lung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen und hinsichtlich des Verfahrens mit den in Anspruch 11 angegebenen Maßnah­ men gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung eine photoni­ sche Halbleitervorrichtung geschaffen, die aufweist: eine Lasereinheit, die aus einer Mehrzahl von Einzelwellenlän­ gen-Halbleiterlasern besteht, von denen jeder eine unter­ schiedliche Wellenlänge aufweist und ein Paar von Strom­ sperrstrukturen aufweist, die von beiden Seiten einen op­ tischen Wellenleitersteg umfassen, der eine aktive Schicht beinhaltet; eine Ausgabeeinheit, die eine erste Wellenleiterschicht aufweist, die durch eine erste obere Beschichtungslage und eine erste untere Beschichtungslage von oben und unten beidseitig umfaßt wird, und eine von der Lasereinheit kommende Laserabstrahlung ausgibt; eine Kombinatoreinheit, die eine zweite Wellenleiterschicht aufweist, welche durch eine zweite obere Beschichtungs­ lage und eine zweite untere Beschichtungslage von oben und unten beidseitig umfaßt wird, und die ein Ende, das mit der Lasereinheit verbunden ist, und ein entgegenge­ setztes Ende aufweist, das mit der Ausgabeeinheit verbun­ den ist; ein Halbleitersubstrat zum Tragen der Laserein­ heit, der Ausgabeeinheit und der Kombinatoreinheit; und eine Halbleiterdeckschicht einer Materialzusammensetzung, die identisch zu der der Stromsperrtrukturen der Laser­ einheit ist, die auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und die die Kombinatoreinheit bedeckt und vergräbt.

Demgemäß schafft die erfindungsgemäße Struktur eine höchst zuverlässige photonische Halbleitervorrichtung, die mit niedrigen Kosten und mit hohen Ausbeuteraten her­ gestellt werden kann.

Gemäß einen zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer photonischen Halbleitervorrichtung geschaffen, das die folgenden Schritte aufweist: Durchführen eines ersten Verfahrens, bei dem zuerst eine Halbleiterschicht für eine Halblei­ terlasereinheit auf ein Halbleitersubstrat abgeschieden wird, dann eine Halbleiterlaserschicht, die ein Teil der Halbleiterschicht ist, durch Entfernen des Rests der Halbleiterschicht auf dem Substrat belassen wird, eine Kombinatoreinheitsschicht, die eine zweite Wellenleiter­ schicht aufweist, die durch eine zweite obere Beschich­ tungslage und eine zweite untere Beschichtungslage von oben und unten beidseitig umfaßt wird, mit der Halblei­ terlaserschicht verbunden ausgebildet wird, und eine Aus­ gabeeinheitsschicht, die eine erste Wellenleiterschicht aufweist, die durch eine erste obere Beschichtungslage und eine erste untere Beschichtungslage von oben und un­ ten beidseitig umfaßt wird, mit der Kombinatoreinheits­ schicht verbunden ausgebildet wird; Durchführen eines zweiten Verfahrens, bei dem ein dielektrischer Film über Oberflächen der Halbleiterlaserschicht, der Kombina­ toreinheitsschicht und der Ausgabeeinheitsschicht ausge­ bildet wird, Photolithografie- und Ätzverfahren verwendet werden, um eine Mehrzahl von streifenförmigen Maskenmu­ stern auf der Halbleiterlaserschicht, ein vorgeschriebe­ nes Maskenmuster auf der Kombinatoreinheitsschicht und ein streifenförmiges Maskenmuster auf der Ausgabeein­ heitsschicht auszubilden, und ein Ätzen unter Verwendung der Maskenmuster als Masken ausgeführt wird, um eine Mehrzahl von optischen Wellenleiterstegen der Halbleiter­ lasereinheit, eine Kombinatoreinheit und einen Ausgabe­ einheitssteg auszubilden; und Durchführen eines dritten Verfahrens, bei dem der dielektrische Film derart von der Kombinatoreinheit entfernt wird, daß ein Maskenmuster er­ halten wird, das durch den verbliebenen dielektrischen Film ausgebildet wird, und das Maskenmuster als eine Maske für ein selektives Aufwachsen verwendet wird, durch welche die Kombinatoreinheit mit einer Halbleiterschicht bedeckt und durch diese vergraben wird, die Stromsperr­ strukturen der Halbleiterlasereinheit bildet.

Demgemäß wird bei einem Ausbilden der Kombinatorein­ heit durch vergrabenes Aufwachsen bei diesem Herstel­ lungsverfahren das Aufwachsen von Polykristallen oder ähnlichen abnormalen Vorsprüngen derart verhindert, daß die nachfolgende Verfahren ohne Probleme ausgeführt wer­ den können. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es daher, daß höchst zuverlässige photonische Halbleitervor­ richtung in vereinfachten Schritten mit hohen Ausbeutera­ ten hergestellt werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise durchsichtige perspektivische An­ sicht einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß ei­ ner ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der Halbleiterlaservor­ richtung gemäß der ersten Ausführungsform der Er­ findung;

Fig. 3 eine andere Querschnittsansicht der ersten Aus­ führungsform;

Fig. 4 eine andere Querschnittsansicht der ersten Aus­ führungsform;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der ersten Ausfüh­ rungsform in einem Herstellungsverfahren;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der ersten Ausfüh­ rungsform in einem anderen Herstellungsverfahren;

Fig. 7 eine teilweise durchsichtige perspektivische An­ sicht der ersten Ausführungsform in einem anderen Herstellungsverfahren;

Fig. 8 eine teilweise durchsichtige perspektivische An­ sicht einer anderen Halbleiterlaservorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfin­ dung;

Fig. 9 ein Querschnittsansicht der Halbleiterlaservor­ richtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht der zweiten Ausfüh­ rungsform in einem Herstellungsverfahren;

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht der zweiten Ausfüh­ rungsform in einem anderen Herstellungsverfahren;

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht einer Halbleiterla­ servorrichtung im Stand der Technik;

Fig. 13 eine perspektivische Ansicht der Halbleiterlaser­ vorrichtung im Stand der Technik in einem Her­ stellungsverfahren;

Fig. 14 eine perspektivische Ansicht zum schematischen Erläutern, wie die Halbleiterlaservorrichtung im Stand der Technik einen Defekt entwickeln kann, der dem Verfahren zum Herstellen dieser Vorrich­ tung zuzuschreiben ist;

Fig. 15 eine perspektivische Ansicht einer anderen Halb­ leiterlaservorrichtung im Stand der Technik;

Fig. 16 eine perspektivische Ansicht der Halbleiterlaser­ vorrichtung im Stand der Technik in Fig. 15 in einem Herstellungsverfahren; und

Fig. 17 eine perspektivische Ansicht zum schematischen Erläutern, wie die Halbleiterlaservorrichtung im Stand der Technik in Fig. 15 einen Defekt entwic­ keln kann, der dem Verfahren zum Herstellen die­ ser Vorrichtung zuzuschreiben ist.

In allen Figuren sind die im wesentlichen gleichen Elemente mit gleiche Bezugszeichen bezeichnet.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

Eine photonische Halbleitervorrichtung gemäß der ers­ ten Ausführungsform dieser Erfindung weist auf: eine La­ sereinheit, die aus einer Mehrzahl von Einzelwellenlän­ gen-Halbleiterlasern besteht, von denen jede eine unter­ schiedliche Wellenlänge aufweist; einen Lichtmodulator einer Ausgabeeinheit; und eine Kombinatoreinheit, die ei­ nen Multimodeninterferenzwellenleiter zum Verbinden der Lasereinheit mit dem Lichtmodulator aufweist. Alle Kompo­ nenten werden mit einer Halbleiterdeckschicht aus dem gleichen Material wie dem einer Stromsperrstruktur der Lasereinheit bedeckt, wobei die Kombinatoreinheit in der Schicht vergraben ist. Fig. 1 zeigt eine teilweise durch­ sichtige perspektivische Ansicht einer Halbleiterlaser­ vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfin­ dung.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Wel­ lenlängenmultiplex-Halbleiterlaservorrichtung, bezeichnet das Bezugszeichen 12 eine Lasereinheit, bezeichnet das Bezugszeichen 14 eine Kombinatoreinheit, bezeichnet das Bezugszeichen 16 eine Ausgabeeinheit und bezeichnet das Bezugszeichen 18 eine Mehrzahl von Einzelwellenlängen- DFB-Laserdioden, von denen jede eine unterschiedliche Os­ zillationswellenlänge aufweist. Obgleich in Fig. 1 vier DFB-Laserdioden 18 gezeigt sind, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt: Die DFB-Laserdioden können eine Laser­ gruppe bilden, die Oszillationswellenlängen in Abständen von zum Beispiel 0,4 oder 0,8 nm in einem breiten Wellen­ längenbereich zwischen 10 und 50 nm aufweist. Das Bezugs­ zeichen 20 bezeichnet Rillen, die die DFB-Laserdioden 18 isolieren, und das Bezugszeichen 22 bezeichnet Elektroden der DFB-Laserdioden 18.

In der ersten Ausführungsform ist die Kombinatorein­ heit 14 durch einen MMI-Kombinator 24 gebildet, der von oben aus betrachtet rechteckig geformt ist. Das Bezugs­ zeichen 25 bezeichnet eine Halbleiterdeckschicht, die den MMI-Kombinator 24 vergräbt und bedeckt, und das Bezugs­ zeichen 25a bezeichnet einen hügelförmigen Abschnitt, der die Kombinatoreinheit 14 bedeckt. Der hügelförmige Ab­ schnitt 25a ist in Fig. 1 auf eine durchsichtige Weise gezeigt.

Die Ausgabeeinheit 16 in der ersten Ausführungsform besteht aus einem EAM 26. Alternativ kann die Ausgabeein­ heit 16 entweder durch einen optischen Verstärker (SOA) allein oder durch sowohl den EAM 26 als auch den SOA ge­ bildet sein. Das Bezugszeichen 28 bezeichnet eine Elek­ trode des EAM 26 und das Bezugszeichen 30 bezeichnet Ril­ len, die den EAM 26 isolieren.

Obgleich es in Fig. 1 nicht gezeigt ist, bedeckt ein Isolierfilm 27, wie zum Beispiel ein SiO₂-Film, Oberflä­ chen der Lasereinheit 12, der Halbleiterdeckschicht 25, der Kombinatoreinheit 14 und der Ausgabeeinheit 16. Die DFB-Laserdioden 18 und der EAM 26 weisen jeweils eine Öffnung 29 (in Fig. 1 nicht gezeigt) an ihrer Oberseite auf, um eine Leitfähigkeit zwischen den Elektroden 22 und 28 einerseits und den darunterliegenden Schichten ande­ rerseits vorzusehen. Das Bezugszeichen 32 bezeichnet ein n-InP-Substrat.

Fig. 2 zeigt eine entlang einer Linie II-II der La­ sereinheit 12 in der Halbleiterlaservorrichtung 10 genom­ mene Querschnittsansicht. In Fig. 2 weist jede DFB-Laser­ diode 18 einen Laserwellenleitersteg 34 auf, der eine un­ tere n-InP-Beschichtungslage 34b und eine obere p-InP-Be­ schichtungslage 34c aufweist, zwischen denen eine aktive MQW- bzw. Multiquantenmuldenschicht 34a mit einer Band­ lückenwellenlänge (λg) von 1,55 µm auf dem Substrat 32 beidseitig umfaßt wird. Ebenso ist in der DFB-Laserdiode 18 ein Paar von Stromsperrstrukturen 36, die jeweils eine Fe-dotierte InP-Deckschicht 36a und eine n-InP-Strom­ sperrschicht 36b aufweisen, in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 32 abgeschieden. Die gepaarten Stromsperrstruk­ turen 36 sind auf eine derartige Weise ausgebildet, daß sie den Laserwellenleitersteg 34 von beiden Seiten auf dem Substrat 32 umfassen.

Über dem Laserwellenleitersteg 34 und den Stromsperr­ strukturen 36 befinden sich eine zweite p-InP-Beschich­ tungslage 38 und eine p-InGaAs-Kontaktschicht 40, die eine hochdotierte Halbleiterschicht ist. Die Schichten 38 und 40 sind innerhalb jeder der Einzelwellenlängen-DFB- Laserdioden 18, die unterschiedliche Oszillationswellen­ längen aufweisen, durch die Rillen 20 isoliert. Der Iso­ lierfilm 27, wie zum Beispiel eine SiO₂-Film, ist über der Oberfläche vorgesehen und weist die Öffnungen 29 auf, die durch ihn ausgebildet sind, um eine Leitfähigkeit zwischen der p-InGaAs-Kontaktschicht 40 und den Elektro­ den 22 zuzulassen.

Fig. 3 zeigt eine entlang einer Linie III-III der Kombinatoreinheit 14 in der Halbleiterlaservorrichtung 10 genommene Querschnittsansicht. In Fig. 3 ist der MMI-Kom­ binator 24, von oben aus betrachtet rechteckig geformt auf dem Substrat 32 ausgebildet. Der MMI-Kombinator 24 weist eine Schichtstruktur auf, in der eine Kombinator­ wellenleiterschicht 24a, die als eine zweite Wellenlei­ terschicht mit einer Bandlückenwellenlänge (λg) von 1,3 µm wirkt, durch eine untere n-InP-Beschichtungslage 24b (eine zweite untere Beschichtungslage) und eine obere p- InP-Beschichtungslage 24c (eine zweite obere Beschich­ tungslage) von unten und oben beidseitig umfaßt wird. Die rechteckige Form weist eine Breite von mehreren Laserele­ menten, d. h. die Breite der DFB-Laserdioden 18 ergänzt durch die der Isolierrillen auf und ist so lang wie ein Resonator. Zum Beispiel bildet der MMI-Kombinator 24 ein Rechteck einer Breite von 5 bis 50 µm und einer Länge von 20 bis 500 µm in der Resonatorrichtung. Eine Mehrzahl von DFB-Laserdioden 18 sind in der Wellenleiterrichtung ange­ ordnet und mit einer ebenen Kante des MMI-Kombinators 24 verbunden. Die gegenüberliegende Kante der MMI-Kombina­ tors 24 ist mit dem EAM 26 der Ausgabeeinheit 16 verbun­ den.

Der MMI-Kombinator 24 ist mit der Halbleiterdeck­ schicht 25 bedeckt und in dieser vergraben, die die Fe­ dotierte InP-Deckschicht 36a, die n-InP-Stromsperrschicht 36b, die zweite p-InP-Beschichtungslage 38 und die p- InGaAs-Kontaktschicht 40 aufweist.

Die Fe-dotierte InP-Deckschicht 36a und die n-InP- Stromsperrschicht 36b bilden die gleiche Schichtstruktur wie die der Stromsperrschichten 36 der DFB-Laserdioden 18. Die zweite p-InP Beschichtungslage 38 und die p- InGaAs-Kontaktschicht 40 sind nicht als Teil der Halblei­ terdeckschicht 25 erforderlich. Der Isolierfilm 27 be­ deckt die Halbleiterdeckschicht 25.

Fig. 4 zeigt eine entlang einer Linie IV-IV der Aus­ gabeeinheit 16 in der Halbleiterlaservorrichtung 10 ge­ nommene Querschnittsansicht. In Fig. 4 weist der EAM 26 der Ausgabeeinheit 16 einen Lichtmodulatorwellenleiter­ steg 44 auf, der eine untere n-InP-Beschichtungslage 44b (eine erste untere Beschichtungslage) und eine obere p- InP-Beschichtungslage 44c (eine erste obere Beschich­ tungslage) aufweist, die eine Lichtabsorptionsschicht 44a mit einer Bandlückenwellenlänge (λg) von 1,4 bis 1,5 µm auf der Oberfläche des Substrats 32 beidseitig umfassen. Ein Paar von Stromsperrstrukturen 36 ist auf eine derar­ tige Weise geformt, daß es den Lichtmodulatorwellenlei­ tersteg 44 von beiden Seiten auf dem Substrat 32 umfaßt, wobei jede Struktur die Fe-dotierte InP-Deckschicht 36a und die n-InP-Stromsperrschicht 36b aufweist, die in die­ ser Reihenfolge auf der Oberfläche des Substrats abge­ schieden sind.

Die zweite p-InP-Beschichtungslage 38 und die p- InGaAs-Kontaktschicht 40 (eine hochdotierte Halbleiter­ schicht) sind auf dem Lichtmodulatorwellenleitersteg 44 und den Stromsperrstrukturen 36 abgeschieden. Der Licht­ modulatorwellenleitersteg 44 ist durch die Isolierrillen 30 isoliert. Der Isolierfilm 27, wie zum Beispiel ein SiO₂-Film, ist über der Oberfläche ausgebildet und eine durch ihn ausgebildete Öffnung 29 auf, um eine Leitfähig­ keit zwischen der p-InGaAs-Kontaktschicht 40 und der Elektrode 28 zuzulassen.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen der Halbleiterlaservorrichtung 10 wird nun beschrieben. Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen perspektivische Ansichten der Halbleiterlaservorrichtung 10 in verschiedenen Verfahren ihrer Herstellung.

In Fig. 5 werden eine n-InP-Beschichtungslage 34b, eine aktive Laserschicht 34a und eine p-InP-Beschich­ tungslage 34c auf dem n-InP-Substrat 32 ausgebildet. Von dem Substrat 32 werden dann Abschnitte ausgenommen einer Schicht 50 der Lasereinheit 12 entfernt. Über die Substratbereiche, die von ihren Schichtelementen befreit worden sind, wird eine Schicht, ausgebildet, die eine n- InP-Beschichtungslage 24b, eine optische Wellenleiter­ schicht 24a und eine p-Beschichtungslage 24c aufweist.

Während des Verfahrens wird eine Beugungsgitter­ schicht (nicht gezeigt) in der n-InP-Beschichtungslage 34b oder der p-InP-Beschichtungslage 34c der Schicht 50 der Lasereinheit 12 ausgebildet. Fig. 5 zeigt das Ergeb­ nis des Verfahrens.

Das hier gezeigte Herstellungsverfahren bildet aus dem gleichen Material die n-InP-Beschichtungslage 24b, die optische Wellenleiterschicht 24a und die p-Beschich­ tungslage 24c der Kombinatoreinheit 14, die untere n-InP- Beschichtungslage 44b und die Lichtabsorptionsschicht 44a der Ausgabeeinheit 16 und die erste obere p-InP-Beschich­ tungslage 44c aus. Alternativ können die n-InP-Beschich­ tungslage 24b, die optische Wellenleiterschicht 24a und die p-Beschichtungslage 24c der Kombinatoreinheit 14, die untere n-InP-Beschichtungslage 44b und die Lichtabsorp­ tionsschicht 44a der Ausgabeeinheit 16 und die erste obere p-InP-Beschichtungslage 44c aus verschiedenen Mate­ rialien ausgebildet werden, falls es erforderlich ist.

Ein Isolierfilm wird dann über der Schichtstruktur ausgebildet. Ein Maskenmuster wird vorbereitet, durch welches die Lasereinheit 12 als eine bandförmige Laser­ gruppe einer Breite von 1 bis 2 µm, die Kombinatoreinheit 14 als ein Rechteck einer Breite von 5 bis 50 µm und ei­ ner Länge von 20 bis 500 µm in der Richtung eines Resona­ tors, und die Ausgabeeinheit 16 als eine Bandform einer Breite von 1 bis 2 µm ausgebildet werden. Das Ätzen wird unter Verwendung dieses Maskenmuster als eine Maske durchgeführt, bis die aktive Laserschicht, die optische Wellenleiterschicht 24a der Kombinatoreinheit 14 und die Lichtabsorptionsschicht 44a der Ausgabeeinheit 16 durch­ geätzt sind. Das Verfahren bildet eine Stegstruktur aus, die den Laserwellenleitersteg 34 der Lasereinheit 12, die MMI-Kombinatoreinheit 24 und den Lichtmodulatorwellenlei­ tersteg 44 der Ausgabeeinheit 16 aufweist.

Später wird der Isolierfilm über der Kombinatorein­ heit 14 entfernt, aber die Isolierfilme 54 und 56 werden jeweils auf der Lasereinheit 12 bzw. der Ausgabeeinheit 16 belassen. Fig. 6 zeigt das Ergebnis des Verfahrens.

Ein vergrabenes Wachstumsverfahren wird dann unter Verwendung des Isolierfilms 54 auf der Lasereinheit 12 und des Isolierfilms 56 auf der Ausgabeeinheit 16 als eine Maske zum selektiven Aufwachsen durchgeführt. Ge­ nauer gesagt werden der Laserwellenleitersteg 34, die MMI-Kombinatoreinheit 24, und der Lichtmodulatorwellen­ leitersteg 44 unter Verwendung der Isolierfilme 54 und 56 als eine Maske zum selektiven Aufwachsen mit der Fe-do­ tierten InP-Deckschicht 36a und der n-InP-Stromsperr­ schicht 36b, die in dieser Reihenfolge auf der Substrat­ oberfläche abgeschieden werden, einem vergrabenen Wachs­ tum unterzogen. Fig. 7 zeigt das Ergebnis des Verfahrens.

Die Isolierfilme 54 und 56 werden von der Laserein­ heit 12 bzw. der Ausgabeeinheit 16 entfernt. Die zweite p-InP-Beschichtungslage 38 und die p-InGaAs-Kontakt­ schicht 40 werden über dem ganzen Substrat 32 ausgebil­ det. Die Isolierrillen 20 werden auf beiden Seiten des Laserwellenleiterstegs 34 und die Isolierrillen 30 werden auf beiden Seiten des Lichtmodulatorwellenleiterstegs 44 ausgebildet. Der Isolierfilm 27, wie zum Beispiel ein SiO₂-Film, wird über dem ganzen Substrat 32 abgeschieden. Nachdem Öffnungen durch den Isolierfilm 27 auf dem Laser­ wellenleitersteg 34 und dem Lichtmodulatorwellenleiter­ steg 44 hergestellt worden sind, werden die Elektroden 22 und 28 ausgebildet. Eine rückseitige Oberfläche des Substrats 32 wird dann auf eine Dicke von ungefähr 100 µm poliert, um Elektroden der rückseitigen Oberfläche auszu­ bilden. Dies vervollständigt die in Fig. 1 gezeigte Halb­ leiterlaservorrichtung 10.

Wenn der Laserwellenleitersteg 34, die MMI-Kombina­ toreinheit 24 und der Lichtmodulatorwellenleitersteg 44 während dem Herstellen der Halbleiterlaservorrichtung 10 dem vergrabenen Wachstum unterzogen werden, werden die Fe-dotierte InP-Deckschicht 36a und die n-InP-Stromsperr­ schicht 36b auf der MMI-Kombinatoreinheit 24 abgeschie­ den, da die letztere keine Maske zum selektiven Aufwach­ sen aufweist. Anders als in dem Beispiel im Stand der Technik wachsen jedoch keine Polykristalle auf dem MMI- Kombinator 24 auf. Das Nichtvorhandensein von abnormal aufgewachsenen Polykristallen bedeutet keine gebrochenen Resistfilme oder ähnliche Unregelmäßigkeiten in nachfol­ genden Verfahren.

Obgleich die zweite p-InP-Beschichtungslage 38 und die Kontaktschicht 40 nicht als Teil der vergrabenen Halbleiterschicht 25 erforderlich sind, werden sie nach der Verarbeitung unbeschädigt gelassen. Da die Kontakt­ schicht 40 eine hohe Störstellendichte aufweist, verhin­ dert das Vorhandensein der Fe-dotierten InP-Deckschicht 36a zwischen der Kontaktschicht 40 und dem MMI-Kombinator 24, daß die Zn-Störstellen des p-Typs von der Kontakt­ schicht 40 in die Kombinatorwellenleiterschicht 24a dif­ fundieren, wodurch der Übertragungsverlust verringert wird.

Nach dem Ausbilden der zweiten p-InP-Beschichtungs­ lage 38 und der p-InGaAs-Kontaktschicht 40, wird der hü­ gelförmige Abschnitt 25a der Halbleiterdeckschicht 25 un­ beschädigt auf dem MMI-Kombinator 24 belassen. Dies ver­ ursacht jedoch keine Probleme, da in diesem Bereich keine Elektroden ausgebildet sind.

Wie es beschrieben worden ist, stellen die vorherge­ henden Verfahren die Halbleiterlaservorrichtung 10 mit niedrigen Kosten und hohen Ausbeuten her. Da bei ihrer Verarbeitung keine instabilen Phasen eingeschlossen sind, läßt das erfindungsgemäße Verfahren ein Herstellen einer höchst zuverlässigen Halbleiterlaservorrichtung zu. Wei­ terhin entfernt das erfindungsgemäße Verfahren zum Her­ stellen einer Halbleiterlaservorrichtung einfach den Iso­ lierfilm von dem Bereich über dem MMI-Kombinator 24, un­ ter Verwendung der Ätzmaske als Maske zum selektiven Auf­ wachsen für ein Kristallwachstum und verbessert dadurch die Ausbeute der Vorrichtung.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Eine zweite Ausführungsform dieser Erfindung ist da­ durch gebildet, daß sie eine Kombinatoreinheit aufweist, die in einer Halbleiterdeckschicht vergraben und von die­ ser bedeckt ist, wobei die Kombinatoreinheit sich ver­ zweigende Wellenleiter beinhaltet, die eine Mehrzahl von Einzelwellenlängen-Halbleiterlasern, von denen jeder eine unterschiedliche Oszillationswellenlänge aufweist, mit einem Lichtmodulator einer Ausgabeeinheit verbinden. Die Halbleiterdeckschicht ist aus dem gleichen Material wie das der Stromsperrstrukturen in einer Lasereinheit aus­ gebildet.

Fig. 8 zeigt eine teilweise durchsichtige perspekti­ vische Ansicht einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung. In Fig. 8 be­ zeichnet das Bezugszeichen 60 eine Wellenlängenmultiplex- Halbleiterlaservorrichtung. In der zweiten Ausführungs­ form ist die Kombinatoreinheit 14 durch sich verzweigende Wellenleiter 62 ausgebildet.

Jeder der sich verzweigenden Wellenleiter 62 ist Teil einer 1 bis 2 µm breiten Y-Verzweigung. Die Einzelwellen­ längen-Halbleiterlaser 18 sind an einer Kante der Vor­ richtung an gleich viele Enden der Y-Verzweigungen der Wellenleiter angepaßt. Die Y-Verzweigungen sind auf eine derartige Weise miteinander kombiniert, daß zu der entge­ gengesetzten Kante der Vorrichtung hin die Anzahl der Verzweigungen abnimmt und schließlich zu einer einzigen Y-Verzweigung gebündelt ist. Auf einer Kante der Vorrich­ tung sind die Enden der Y-Verzweigungen mit den Einzel­ wellenlängen-Halbleiterlasern 18 verbunden, die jeweils eine unterschiedliche Oszillationswellenlänge aufweisen. Auf der entgegengesetzten Kante der Vorrichtung ist das Ende der einzigen Y-Verzweigung mit einem EAM 26 als die Ausgabeeinheit der zweiten Ausführungsform verbunden. Wie in der ersten Ausführungsform kann die Ausgabeeinheit entweder mit entweder einem optischen Verstärker bzw. SOA allein oder sowohl einem EAM 26 als auch einem SOA ver­ bunden sein.

Das Bezugszeichen 25a bezeichnet einen hügelförmigen Abschnitt der Halbleiterdeckschicht 25, die die Kombina­ toreinheit 14 bedeckt. Der hügelförmige Abschnitt 25a ist in Fig. 8 auf eine durchsichtige Weise gezeigt.

Die DFB-Laserdioden 18 der Lasereinheit 12 und der EAM 26 der Ausgabeeinheit sind im Aufbau die gleichen wie diejenigen in der ersten Ausführungsform. Für die erste und zweite Ausführungsform bezeichnen gleiche Bezugszei­ chen gleiche oder entsprechenden Teile.

Fig. 9 zeigt eine entlang einer Linie IX-IX der Kom­ binatoreinheit 14 in der Halbleiterlaservorrichtung 60 genommene Querschnittsansicht. In Fig. 9 bilden die sich verzweigenden Wellenleiter 62 eine Schichtstruktur, in der eine Kombinatorwellenleiterschicht 62a, die als eine zweite Wellenleiterschicht mit einer Bandlückenwellen­ länge (λg) von 1,3 µm wirkt, durch eine untere n-InP-Be­ schichtungslage 62b (eine zweite untere Beschichtungs­ lage) und eine obere p-InP-Beschichtungslage 62c (eine zweite obere Beschichtungslage) von oben und unten beid­ seitig umfaßt wird.

Die sich verzweigenden Wellenleiter 62 sind mit der Halbleiterdeckschicht 25 bedeckt und in dieser vergraben, die eine Fe-dotierte InP-Deckschicht 36a, eine n-InP- Stromsperrschicht 36b, eine zweite p-InP-Beschichtungs­ lage 38 und eine p-InGaAs-Kontaktschicht 40 aufweist. Die Fe-dotierte InP-Deckschicht 36a und die n-InP-Stromsperr­ schicht 36b bilden die gleiche Schichtstruktur wie die der Stromsperrstrukturen 36 der DFB-Laserdioden 18. Die zweite p-InP-Beschichtungslage 38 und die Kontaktschicht 40 sind nicht als Teil der Halbleiterdeckschicht 25 er­ forderlich. Ein Isolierfilm 27 bedeckt die Halbleiter­ deckschicht 25.

In der zweiten Ausführungsform bedeckt der hügelför­ mige Abschnitt 25a der Halbleiterdeckschicht 25 ebenso die sich verzweigenden Wellenleiter 62 der Kombinatorein­ heit 14. Der hügelförmige Abschnitt 25a ist in Fig. 8 auf eine durchsichtige Weise gezeigt. Ein entlang einer Linie VIIIa-VIIIa der Halbleiterlaservorrichtung 60 in Fig. 8 genommene Querschnittsansicht ist die gleiche wie die in Fig. 2 und eine entlang einer Linie VIIIb-VIIIb in Fig. 8 genommene Querschnittsansicht ist die gleiche wie die in Fig. 4.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen der Halbleiterlaservorrichtung 60 wird nun beschrieben. Die Fig. 10 und 11 zeigen perspektivische Ansichten der Halbleiterlaservorrichtung 60 in verschiedenen Herstel­ lungsverfahren. Eine Schicht 50, die eine Lasereinheit 12 bildet, und eine Schicht 52, die eine Kombinatoreinheit 14 und eine Ausgabeeinheit 16 bildet, werden auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform auf ei­ nem n-InP-Substrat 32 ausgebildet. Das Ergebnis dieses Verfahrens ist das gleiche wie das in Fig. 5 gezeigte.

Dann wird ein Isolierfilm auf der Schichtstruktur ab­ geschieden. Es wird ein Maskenmuster vorbereitet, durch das die Lasereinheit 12 als eine bandförmige Lasergruppe einer Breite von 1 bis 2 µm, die Kombinatoreinheit 14 als eine Kombination von Verzweigungen, die mit einer Breite von 1 bis 2 µm an einer Kante der Vorrichtung mit der bandförmigen Gruppe der Lasereinheit 12 verbunden sind und deren Anzahl beim Fortschreiten in Richtung auf die entgegengesetzten Kante der Vorrichtung abnimmt und schließlich zu einer einzigen Y-Verzweigung gebündelt ist; und die Ausgabeeinheit 16 als eine Bandform einer Breite von 1 bis 2 µm ausgebildet werden, die mit dem Ende der einzigen Y-Verzweigung verbunden ist. Unter Ver­ wendung dieses Maskenmusters als Maske wird ein Ätzen durchgeführt, bis die aktive Laserschicht, die optische Wellenleiterschicht 24a der Kombinatoreinheit 14 und die Lichtabsorptionsschicht 44a der Ausgabeeinheit 16 durch­ geätzt sind. Das Verfahren bildet eine Stegstruktur aus, die einen Laserwellenleitersteg 34 der Lasereinheit 12, sich verzweigende Wellenleiter 62 und einen Lichtmodula­ torwellenleitersteg 44 der Ausgabeeinheit 16 aufweist.

Später wird der Isolierfilm von oberhalb der sich verzweigenden Wellenleiter 62 entfernt, jedoch werden die Isolierfilme 54 und 56 unbeschädigt auf der Lasereinheit 12 bzw. der Ausgabeeinheit 16 belassen. Fig. 10 zeigt das Ergebnis des Verfahrens.

Ein vergrabenes Wachstumsverfahren wird dann unter Verwendung des Isolierfilms 54 auf der Lasereinheit 12 und des Isolierfilms 56 auf der Ausgabeeinheit 16 als Maske zum selektiven Aufwachsen durchgeführt. Genauer ge­ sagt werden der Laserwellenleitersteg 34, die sich ver­ zweigenden Wellenleiter 62 und der Lichtmodulatorwellen­ leitersteg 44 unter Verwendung der Isolierfilme 54 und 56 als die Maske zum selektiven Aufwachsen mit der Fe-do­ tierten InP-Deckschicht 36a und der n-InP-Stromsperr­ schicht 36b, die in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 32 abgeschieden werden, einem vergrabenen Wachstum unter­ zogen. Fig. 11 zeigt das Ergebnis des Vorgangs.

Danach werden die zweite p-InP-Beschichtungslage 38 und p-InGaAs-Kontaktschicht 40, die Isoliergräben 20 auf beiden Seiten des Laserwellenleiterstegs 34 und die Iso­ liergräben 30 auf beiden Seiten des Lichtmodulatorwellen­ leiterstegs 44, der Isolierfilm 27 über dem gesamten Substrat 32, die Elektroden 22 und 28 und die Elektroden der rückseitigen Oberfläche auf der polierten rückseiti­ gen Oberfläche des Substrat 32 alle auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet. Durch Durchführen dieser Verfahren wird die in Fig. 8 gezeigte Halbleiterlaservorrichtung 60 vervollständigt.

Wenn der Laserwellenleitersteg 34, die sich verzwei­ genden Wellenleiter 62 und der Lichtmodulatorwellenleiter­ steg 44 während einem Herstellen der Halbleiterlaservor­ richtung 60 dem vergrabenen Wachstum unterzogen werden, werden die Fe-dotierte InP-Deckschicht 36a und die n-InP- Stromsperrschicht 36b auf den sich verzweigenden Wellen­ leitern 62 abgeschieden, da die Letzteren keine Maske zum selektiven Aufwachsen aufweisen. Im Gegensatz zu dem Bei­ spiel im Stand der Technik entwickeln sich jedoch keine Vorsprünge in den Verzweigungsbereichen. Das Nichtvorhan­ densein abnormal gewachsener Vorsprünge bedeutet, daß keine gebrochenen Resistschichten oder ähnliche Unregel­ mäßigkeiten in nachfolgenden Verfahren auftreten.

Obgleich die zweite p-InP-Beschichtungslage 38 und die Kontaktschicht 40 nicht als Teil der Halbleiterdeck­ schicht 25 erforderlich sind, werden sie nach der Verar­ beitung unbeschädigt belassen. Da die Kontaktschicht 40 eine hohe Störstellendichte aufweist, verhindert das Vor­ handensein der Fe-dotierten InP-Deckschicht 36a zwischen der Kontaktschicht 40 und den sich verzweigenden Wellen­ leitern 62, daß Zn-Störstellen des p-Typ von der Kontakt­ schicht 40 in die Kombinatorwellenleiterschicht 62a dif­ fundieren, wodurch der Übertragungsverlust reduziert wird.

Nach dem Ausbilden der zweiten p-InP-Beschichtungslage 38 und p-InGaAs-Kontaktschicht 40 wird der hügelförmige Abschnitt 25a der Halbleiterdeckschicht 25 unbeschädigt auf den sich verzweigenden Wellenleitern 62 belassen. Dies verursacht jedoch keine Probleme, da in diesem Be­ reich keine Elektroden ausgebildet werden.

Wie es zuvor beschrieben worden ist, stellen die vor­ hergehenden Verfahren die Halbleiterlaservorrichtung 60 mit niedrigen Kosten und mit hohen Ausbeuten her. Da bei ihrer Herstellung keine instabilen Phasen eingeschlossen sind, läßt das erfindungsgemäße Verfahren ein Herstellen einer höchst zuverlässigen Halbleiterlaservorrichtung zu.

Weiterhin entfernt das erfindungsgemäße Herstellungs­ verfahren für Halbleiterlaservorrichtungen einfach den Isolierfilm von dem Bereich über den sich verzweigenden Wellenleitern 62 unter Verwendung der Ätzmaske als eine Maske zum selektiven Aufwachsen für ein Kristallwachstum und verbessert dadurch die Ausbeute der Vorrichtung.

Zusammengefaßt bietet die zuvor beschriebene erfin­ dungsgemäße photonische Halbleitervorrichtung und das er­ findungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer photoni­ schen Halbleitervorrichtung, das die zuvor erläuterten Schritte aufweist, folgende wichtige Eigenschaften und Vorteile:
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung eine photoni­ sche Halbleitervorrichtung geschaffen, die aufweist: eine Lasereinheit, die aus einer Mehrzahl von Einzelwellenlän­ gen-Halbleiterlasern besteht, von denen jeder eine unter­ schiedliche Wellenlänge aufweist und ein Paar von Strom­ sperrstrukturen aufweist, die von beiden Seiten einen op­ tischen wellenleitersteg umfassen, der eine aktive Schicht beinhaltet; eine Ausgabeeinheit, die eine erste Wellenleiterschicht aufweist, die durch eine erste obere Beschichtungslage und eine erste untere Beschichtungslage von oben und unten beidseitig umfaßt wird, und eine von der Lasereinheit kommende Laserabstrahlung ausgibt; eine Kombinatoreinheit, die eine zweite Wellenleiterschicht aufweist, welche durch eine zweite obere Beschichtungs­ lage und eine zweite untere Beschichtungslage von oben und unten beidseitig umfaßt wird, und die ein Ende, das mit der Lasereinheit verbunden ist, und ein entgegenge­ setztes Ende aufweist, das mit der Ausgabeeinheit verbun­ den ist; ein Halbleitersubstrat zum Tragen der Laserein­ heit, der Ausgabeeinheit und der Kombinatoreinheit; und eine Halbleiterdeckschicht einer Materialzusammensetzung, die identisch zu der der Stromsperrtrukturen der Laser­ einheit ist, die auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und die die Kombinatoreinheit bedeckt und vergräbt. Die Ausführungsform dieser Struktur ergibt eine höchst zuverlässige photonische Halbleitervorrichtung, die mit niedrigen Kosten und mit hohen Ausbeuteraten hergestellt werden kann.

In einer bevorzugten Struktur der erfindungsgemäßen photonischen Halbleitervorrichtung weist die photonische Halbleitervorrichtung weiterhin eine Halbleiterschicht einer hohen Störstellenkonzentration auf, die auf der Halbleiterdeckschicht abgeschieden ist, und beinhaltet die Halbleiterdeckschicht (25) eine Fe-dotierte InP- Schicht (36a). Diese bevorzugte Struktur verhindert, daß hochkonzentrierte Störstellen in der Halbleiterschicht mittels der Fe-dotierten InP-Schicht in die Kombina­ toreinheit diffundieren, wodurch der Übertragsverlust verringert wird. Diese bevorzugte Struktur hilft dabei, eine photonische Halbleitervorrichtung aufzubauen, die eine Langstreckenübertragung zuläßt, was es ermöglicht, ein billiges Kommunikationsnetzwerk zu bilden.

In einer anderen bevorzugten Struktur der erfindungs­ gemäßen photonischen Halbleitervorrichtung weist die Kom­ binatoreinheit in der Draufsicht eine rechteckige Form auf und weist ein Ende auf, an dem Einzelwellenlängen- Halbleiterlaser der Lasereinheit miteinander verbunden sind. Diese bevorzugte Struktur schafft eine höchst zu­ verlässige photonische Halbleitervorrichtung, die mit ge­ ringen Kosten und mit hohen Ausbeuteraten hergestellt werden kann und mit einem Multimodeninterferenzwellenlei­ ter ausgestattet ist.

In einer weiteren bevorzugten Struktur der erfin­ dungsgemäßen photonischen Halbleitervorrichtung weist die Kombinatoreinheit eine Mehrzahl von Y-Verzweigungen auf, die jeweils eine zweite Wellenleiterschicht, eine zweite obere Beschichtungslage und eine zweite untere Beschich­ tungslage aufweisen, und entsprechen die Enden der Y-Ver­ zweigungen den Einzelwellenlängen-Halbleiterlasern und sind auf eine derartige Weise miteinander kombiniert, daß sich die Anzahl der Y-Verzweigungen verringert und zu ei­ ner einzigen Y-Verzweigung gebündelt ist, die mit der Ausgabeeinheit verbunden ist. Diese bevorzugte Struktur schafft eine höchst zuverlässige photonische Halbleiter­ vorrichtung, die einen sich verzweigenden Wellenleiter in ihrer Kombinatoreinheit aufweist. Die Vorrichtung kann mit niederen Kosten und mit hohen Ausbeuteraten herge­ stellt werden.

In einer anderen bevorzugten Struktur der erfindungs­ gemäßen photonischen Halbleitervorrichtung kann die Aus­ gabeeinheit entweder eine Lichtmodulatoreinheit, die eine Lichtabsorptionsschicht beinhaltet, oder einen optischen Verstärker aufweisen. Diese bevorzugte Struktur bildet eine höchst zuverlässige photonische Halbleitervorrich­ tung, die mit niedrigen Kosten und mit hohen Ausbeutera­ ten hergestellt werden kann und mit einer Lichtmodulator­ einheit oder einem optischen Verstärker ausgestattet ist.

Gemäß einen zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer photonischen Halbleitervorrichtung geschaffen, das die folgenden Schritte aufweist: Durchführen eines ersten Verfahrens, bei dem zuerst eine Halbleiterschicht für eine Halblei­ terlasereinheit auf ein Halbleitersubstrat abgeschieden wird, dann eine Halbleiterlaserschicht, die ein Teil der Halbleiterschicht ist, durch Entfernen des Rests der Halbleiterschicht auf dem Substrat belassen wird, eine Kombinatoreinheitsschicht, die eine zweite Wellenleiter­ schicht aufweist, die durch eine zweite obere Beschich­ tungslage und eine zweite untere Beschichtungslage von oben und unten beidseitig umfaßt wird, mit der Halblei­ terlaserschicht verbunden ausgebildet wird, und eine Aus­ gabeeinheitsschicht, die eine erste Wellenleiterschicht aufweist, die durch eine erste obere Beschichtungslage und eine erste untere Beschichtungslage von oben und un­ ten beidseitig umfaßt wird, mit der Kombinatoreinheits­ schicht verbunden ausgebildet wird; Durchführen eines zweiten Verfahrens, bei dem ein dielektrischer Film über Oberflächen der Halbleiterlaserschicht, der Kombina­ toreinheitsschicht und der Ausgabeeinheitsschicht ausge­ bildet wird, Photolithografie- und Ätzverfahren verwendet werden, um eine Mehrzahl von streifenförmigen Maskenmu­ stern auf der Halbleiterlaserschicht, ein vorgeschriebe­ nes Maskenmuster auf der Kombinatoreinheitsschicht und ein streifenförmiges Maskenmuster auf der Ausgabeein­ heitsschicht auszubilden, und ein Ätzen unter Verwendung der Maskenmuster als Masken ausgeführt wird, um eine Mehrzahl von optischen Wellenleiterstegen der Halbleiter­ lasereinheit, eine Kombinatoreinheit und einen Ausgabe­ einheitssteg auszubilden; und Durchführen eines dritten Verfahrens, bei dem der dielektrische Film derart von der Kombinatoreinheit entfernt wird, daß ein Maskenmuster er­ halten wird, das durch den verbliebenen dielektrischen Film ausgebildet wird, und das Maskenmuster als eine Maske für ein selektives Aufwachsen verwendet wird, durch welche die Kombinatoreinheit mit einer Halbleiterschicht bedeckt und durch diese vergraben wird, die Stromsperr­ strukturen der Halbleiterlasereinheit bildet. Dieses er­ findungsgemäße Herstellungsverfahren verhindert beim Aus­ bilden der Kombinatoreinheit durch vergrabenes Wachstum, daß Polykristalle oder ähnliche abnormale Vorsprünge auf­ wachsen, so daß nachfolgende Verfahren ohne Probleme aus­ geführt werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren er­ möglicht es daher, daß eine höchst zuverlässige photoni­ sche Halbleitervorrichtung in vereinfachten Schritten mit hohen Ausbeuteraten hergestellt werden können.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsge­ mäßen Verfahren zum Herstellen einer photonischen Halb­ leitervorrichtung kann das in dem zweiten Verfahren auf der Kombinatoreinheitsschicht ausgebildete Maskenmuster eine rechteckige Form aufweisen. Dieses bevorzugte Ver­ fahren ermöglicht es, zu verhindern, daß Polykristalle auf der Kombinatoreinheit aufwachsen, während die Kombi­ natoreinheit, die einen Multimodeninterferenzwellenleiter beinhaltet, durch vergrabenes Wachstum ausgebildet wird, so daß nachfolgende Verfahren ohne Probleme durchgeführt werden können. Dies hilft wiederum, eine höchst zuverlä­ ßige photonische Halbleitervorrichtung, die eine Multimo­ deninterferenzwellenleiteranordnung aufweist, in verein­ fachten Schritten mit hohen Ausbeuteraten herzustellen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des er­ findungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer photoni­ schen Halbleitervorrichtung weist das in dem zweiten Ver­ fahren auf der Kombinatoreinheitsschicht ausgebildete Maskenmuster Y-Verzweigungen auf, die streifenförmigen Maskenmustern entsprechen, die an einem Ende des Masken­ musters auf der Kombinatoreinheitsschicht auf der Halb­ leiterlaserschicht ausgebildet sind, wobei die Y-Verzwei­ gungen auf eine derartige Weise miteinander verbunden sind, daß die Anzahl der Y-Verzweigungen verringert ist und schließlich zu einer einzigen Y-Verzweigung gebündelt ist. Das bevorzugte Verfahren ermöglicht es, zu verhin­ dern, daß abnormale Vorsprünge auf die Kombinatoreinheit aufwachsen, während die Kombinatoreinheit, die einen sich verzweigenden Wellenleiter aufweist, durch vergrabenes Wachstum ausgebildet wird, so daß nachfolgende Verfahren ohne Probleme durchgeführt werden können. Das hilft bei einem Herstellen einer höchst zuverlässigen photonischen Halbleitervorrichtung, die eine sich verzweigende Wellen­ leiteranordnung aufweist, in vereinfachten Schritten mit hohen Ausbeuteraten.

Obgleich die derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben worden sind, versteht es sich, daß diese Offenbarung zum Zwecke der Veranschaulichung dient und daß verschiedene Änderun­ gen und Ausgestaltungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den bei­ liegenden Ansprüchen offenbart ist.

Wie es zuvor beschrieben worden ist, weist eine er­ findungsgemäße Halbleiterlaservorrichtung einen Kombina­ tor auf, der einen Multimodeninterferenzwellenleiter zum Verbinden einer Lasereinheit mit einem Lichtmodulator ei­ ner Ausgabeeinheit beinhaltet, wobei die Lasereinheit eine Mehrzahl von Einzelwellenlängen-Halbleiterlasern be­ inhaltet, die jeweils eine unterschiedliche Wellenlänge aufweisen, und der Kombinator mit einer Halbleiterdeck­ schicht bedeckt und in dieser vergraben ist, die die gleiche Materialzusammensetzung wie die von Stromsperr­ strukturen in der Lasereinheit aufweist.

Claims (8)

1. Photonische Halbleitervorrichtung, die aufweist:
eine Lasereinheit (12), die aus einer Mehrzahl von Einzelwellenlängen-Halbleiterlasern (18) besteht, von de­ nen jeder eine unterschiedliche Wellenlänge aufweist und ein Paar von Stromsperrstrukturen (36) aufweist, die von beiden Seiten einen optischen Wellenleitersteg (34) um­ fassen, der eine aktive Schicht (34a) beinhaltet;
eine Ausgabeeinheit (16), die eine erste Wellenlei­ terschicht (44a) aufweist, die durch eine erste obere Be­ schichtungslage (44c) und eine erste untere Beschich­ tungslage (44b) von oben und unten beidseitig umfaßt wird, und eine von der Lasereinheit (12) kommende Laser­ abstrahlung ausgibt;
eine Kombinatoreinheit (14, 62), die eine zweite Wel­ lenleiterschicht (24a, 62a) aufweist, die durch eine zweite obere Beschichtungslage (24c, 62c) und eine zweite untere Beschichtungslage (24b, 62b) von oben und unten beidseitig umfaßt wird, und die ein Ende, das mit der La­ sereinheit (12) verbunden ist, und ein entgegengesetztes Ende aufweist, das mit der Ausgabeeinheit (16) verbunden ist;
ein Halbleitersubstrat (32) zum Tragen der Laserein­ heit (12), der Ausgabeeinheit (12) und der Kombinatorein­ heit (14, 62); und
eine Halbleiterdeckschicht (25) einer Materialzusam­ mensetzung, die identisch zu der der Stromsperrstrukturen (36) der Lasereinheit (12) ist, die auf dem Halbleiter­ substrat (32) angeordnet ist und die die Kombinatorein­ heit (14, 62) bedeckt und vergräbt.

2. Photonische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Halbleiterschicht (40) einer hohen Störstellenkonzentration aufweist, die auf der Halblei­ terdeckschicht (25) abgeschieden ist, wobei die Halblei­ terdeckschicht (25) eine Fe-dotierte InP-Schicht (36a) beinhaltet.

3. Photonische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kombinatoreinheit (14, 62) in der Draufsicht eine rechteckige Form aufweist und ein Ende aufweist, an dem die Einzelwellenlängen-Halbleiterlaser (18) der Lasereinheit (12) miteinander verbunden sind.

4. Photonische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei:
die Kombinatoreinheit (14, 62) eine Mehrzahl von Y- Verzweigungen aufweist, die jeweils eine zweite Wellen­ leiterschicht (24a, 62a), eine zweite obere Beschich­ tungslage (24c, 62c) und eine zweite untere Beschich­ tungslage (24b, 62b) aufweisen; und
die Y-Verzweigungen Enden aufweisen, die den Einzel­ wellenlängen-Halbleiterlasern (18) entsprechen und auf eine derartige Weise miteinander kombiniert sind, daß sich die Anzahl der Y-Verzweigungen verringert und schließlich zu einer einzigen Y-Verzweigung gebündelt ist, die mit der Ausgabeeinheit (16) verbunden ist.

5. Photonische Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ausgabeeinheit entweder eine Lichtmodulatoreinheit, die eine Lichtabsorptionsschicht beinhaltet, oder einen optischen Verstärker aufweist.

6. Verfahren zum Herstellen einer photonischen Halb­ leitervorrichtung, das die folgenden Schritte aufweist:
Durchführen eines ersten Verfahrens, bei dem zuerst eine Halbleiterschicht für eine Halbleiterlasereinheit (12) auf ein Halbleitersubstrat (32) abgeschieden wird, dann eine Halbleiterlaserschicht, die ein Teil der Halb­ leiterschicht ist, durch Entfernen des Rests der Halblei­ terschicht auf dem Substrat belassen wird, eine Kombina­ toreinheitsschicht, die eine zweite Wellenleiterschicht (24a, 62a) aufweist, die durch eine zweite obere Be­ schichtungslage (24c, 62c) und eine zweite untere Be­ schichtungslage (24b, 62b) von oben und unten beidseitig umfaßt wird, mit der Halbleiterlaserschicht verbunden ausgebildet wird, und eine Ausgabeeinheitsschicht, die eine erste Wellenleiterschicht aufweist, die durch eine erste obere Beschichtungslage und eine erste untere Be­ schichtungslage von oben und unten beidseitig umfaßt wird, mit der Kombinatoreinheitsschicht verbunden ausge­ bildet wird;
Durchführen eines zweiten Verfahrens, bei dem ein di­ elektrischer Film über Oberflächen der Halbleiterlaser­ schicht, der Kombinatoreinheitsschicht und der Ausgabe­ einheitsschicht ausgebildet wird, Photolithografie- und Ätzverfahren verwendet werden, um eine Mehrzahl von streifenförmigen Maskenmustern auf der Halbleiterlaser­ schicht, ein vorgeschriebenes Maskenmuster auf der Kombi­ natoreinheitsschicht und ein streifenförmiges Maskenmu­ ster auf der Ausgabeeinheitsschicht auszubilden, und ein Ätzen unter Verwendung der Maskenmuster als Masken ausge­ führt wird, um eine Mehrzahl von optischen Wellenleiter­ stegen (34) der Halbleiterlasereinheit (12), eine Kombi­ natoreinheit (14, 62) und einen Ausgabeeinheitssteg aus­ zubilden; und
Durchführen eines dritten Verfahrens, bei dem der di­ elektrische Film derart von der Kombinatoreinheit (14, 62) entfernt wird, daß ein Maskenmuster erhalten wird, das durch den verbliebenen dielektrischen Film ausgebil­ det wird, und das Maskenmuster als eine Maske für ein se­ lektives Aufwachsen verwendet wird, durch welche die Kom­ binatoreinheit (14, 62) mit einer Halbleiterschicht be­ deckt und durch diese vergraben wird, die Stromsperr­ strukturen (36) der Halbleiterlasereinheit (12) bildet.

7. Verfahren zum Herstellen einer photonischen Halb­ leitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei das in dem zwei­ ten Verfahren auf der Kombinatoreinheitsschicht ausge­ bildete Maskenmuster eine rechteckige Form aufweist.

8. Verfahren zum Herstellen einer photonischen Halb­ leitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei das in dem zwei­ ten Verfahren auf der Kombinatoreinheitsschicht ausgebil­ dete Maskenmuster Y-Verzweigungen aufweist, die streifenförmigen Maskenmustern entsprechen, die an einem Ende des Maskenmusters auf der Kombinatoreinheitsschicht auf der Halbleiterlaserschicht ausgebildet sind, wobei die Y-Verzweigungen auf eine derartige Weise miteinander verbunden sind, daß die Anzahl der Y-Verzweigungen ver­ ringert ist und schließlich zu einer einzigen Y-Verzwei­ gung gebündelt ist.