DE102004010260B4 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers mit einer aluminiumhaltigen Aktivschicht und mit dem Verfahren hergestellter Halbleiterlaser mit Rippenwellenleiter - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers mit einer aluminiumhaltigen Aktivschicht und mit dem Verfahren hergestellter Halbleiterlaser mit Rippenwellenleiter Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers (HLL) mit einer aluminiumhaltigen Aktivschicht (AS), die zumindest eine der beiden Endfacetten (EF) des Halbleiterlasers (HLL) nicht berührt, auf der Basis des Epitaxieverfahrens mit den Verfahrensschritten:
• Aufbringen einer Maske (MA) auf ein aluminiumfreies Halbleitersubstrat (HLS), wobei in Abhängigkeit vom gewählten Abstand (d) von transversalen Maskenstegen (MAS) in der Maske (MA) entlang vordefinierter Laserbarren (LB) auf dem Halbleitersubstrat (HLS) die Resonatorlänge (RL) des herzustellenden Halbleiterlasers (HLL) bestimmt wird,
• Ätzen von den Maskenstegen (MAS) entsprechenden, transversalen aluminiumfreien Mesastegen (MES) in das Halbleitersubstrat (HLS),
• epitaktisches Aufwachsen der aluminiumhaltigen Aktivschicht (AS) und einer aluminiumfreien Zwischenschicht (ZS) durch selektive Epitaxie zwischen den aluminiumfreien Mesastegen (MES), und
• Entfernen der Maske (MA),
• epitaktisches Aufwachsen von weiteren aluminiumfreien Halbleiterschichten (FHS) und Kontaktschichten (KS) auf der Aktivschicht (AS) und den Mesastegen (MES) durch flächige Epitaxie,
• Ätzen von Rippenwellenleitern (RWL) entlang der vordefinierten...

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers mit einer aluminiumhaltigen Aktivschicht, die zumindest eine der beiden Endfacetten des Halbleiterleiterlasers nicht berührt, auf der Basis des Epitaxieverfahrens und auf einen mit dem Verfahren hergestellten Halbleiterlaser mit Rippenwellenleiter.
  • Im Stand der Technik werden Halbleiterlaser mit vergrabenem Wellenleiter (Buried Heterostructure BH) und mit Rippenwellenleiter (Ridge Waveguide RW) unterschieden. RW-Halbleiterlaser haben gegenüber BH-Halbleiterlasern den Vorteil, dass für ihre Herstellung nur ein Epitaxieprozess benötigt wird, indem sowohl die lichterzeugende Aktivschicht als auch die Deckschichten gewachsen werden. Die Prozessierung besteht dann im Wesentlichen in der Herstellung der Wellenleiterrippe, dem Aufbringen von weiteren Funktionsschichten und der Deposition der Metallisierung. Bei so hergestellten RW-Halbleiterlasern liegt jedoch an den beiden Endfacetten die Aktivschicht frei und kommt mit der Umgebungsluft in Berührung. Speziell bei Lasern mit einer aluminiumhaltigen Aktivschicht führt dies zu großen Problemen, da diese Schichten sofort nach dem Spalten der vorprozessierten Laserbarren oxidieren. Beim Betrieb der Laser wird in diesen oxidierten Facetten Licht absorbiert.
  • Der Absorptionsprozess führt zu einer Erhitzung des oxidierten Materials bis hin zu einem teilweisen Aufschmelzen des Halbleitermaterials, sodass die Facetten zerstört werden. Dieser Effekt wird auch „Katastrophenzerstörung" genannt. Nur durch eine sofortige beidseitige Beschichtung der Endfacetten mit einem luftundurchlässigem Material (Ver- bzw. Entspieglung) in einer sauerstofffreien Atmosphäre kann eine Oxidation verhindert werden. Solche Maßnahmen sind jedoch, da sie an jedem einzelnen, auf Länge gespaltenen Laserbarren vorgenommen werden müssen, arbeitsintensiv und damit mit hohen Kosten verbunden.
  • Um bei Halbleiterlasern mit einer aluminiumhaltigen Aktivschicht eine Degradation der Endfacetten durch absorbiertes Laserlicht zu verhindern, wurden bislang zwei verschiedene Verfahren vorgestellt, bei denen durch Änderung der Emissionswellenlänge der Aktivschicht in der Nähe der Endfacetten eine sogenannte „nicht-absorbierende Endfacette" erreicht wird. In der Veröffentlichung I: „Strained-layer InGaAs-GaAs-AlGaAs buried-heterostructure lasers with nonabsorbing mirrors by selective-area MOCVD" (R. M. Lammert et. al., Electron. Lett., vol. 31, S. 1070 ... 1072, 1995) wird hierfür maskenabhängige selektive Epitaxie eingesetzt, in der Veröffentlichung II: "Improved Catastrophic Optical Damage Level From Laser with Nonabsorbing Mirrors" (C. L. Walker et. al., IEEE Photon. Techn. Lett., vol. 14, S. 1394 ... 1396, 2002) wird die Quantum-Well-Intermixing-Technik verwendet. In beiden Fällen wird. vornehmlich das Ziel verfolgt, dass das erzeugte Laserlicht nicht mehr zu lokalen Beschädigungen in den Endfacetten führt. Als Nebeneffekt wird außerdem erreicht, dass die als langfristige bzw. langsame Erosion auftretende Oxidation der aluminiumhaltigen Endfacetten nicht mehr grundlegend die Funktionsweise des Halbleiterlasers beeinträchtigt. Da jedoch weiterhin eine Oxidation der Endfacetten stattfindet, kann eine Beeinträchtigung der Alterungsstabilität der Halbleiterlaser nicht grundsätzlich ausgeschlossen werden.
  • In der EP 1 263 100 A2 werden Halbleiterlaser mit einem Facettenbereich ohne Aktivschicht beschrieben. Die Aktivschicht wird im Facettenbereich durch Ätzen entfernt. Anschließend wird die so entstandene Struktur mit einer Deckschicht überwachsen. Die bekannte Aktivschicht ist nicht aluminiumhaltig und wird auch nicht durch selektive Epitaxie aufgewachsen. Die nach der Ätzung der Aktivschicht entstandenen Grenzflächen würden sofort an der Umgebungsluft oxidieren, wenn Aluminium enthalten wäre.
  • In der GB 2 222 307 A wird die Problematik einer katastrophalen optischen Zerstörung der Facetten bei einem Halbleiterlaser mit einer aluminiumhaltigen Aktivschicht, die nicht durch selektive Epitaxie aufgewachsen wird, dadurch verringert, dass eine zusätzliche stromblockierende Schicht im Facettenbereich eingeführt wird. Vorgestellt werden dazu zwei verschiedene Verfahren. Beim ersten Verfahren wird nur das elektrische Pumpen der Facettenbereiche verhindert, d. h. die aluminiumhaltige Aktivschicht kommt dort an der Facette direkt mit der Umgebungsluft in Berührung und oxidiert. Im zweiten Verfahren wird die Aktivschicht im Facettenbereich durch Ätzen entfernt. Anschließend werden in diesem Bereich stromblockierende Schichten selektiv gewachsen. Dadurch kommt auch hierbei die aluminiumhaltige Aktivschicht nach der Ätzung mit der Umgebungsluft in Berührung, sodass eine Oxidation stattfindet. Eine vollständige Vermeidung einer Oxidation der aluminiumhaltigen Aktivschicht kann also nicht gewährleistet werden.
  • In der DE 101 57 233 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines RW-Halbleiterlasers mit einer aluminiumhaltigen Aktivschicht, die ebenfalls nicht durch selektive Epitaxie aufgewachsen wird, beschrieben, bei dem zur Verringerung der Problematik einer katastrophalen optischen Zerstörung der Facetten ein ungepumpter Facettenbereich erzeugt wird. Hierzu wird unterhalb der sich über die gesamte Resonatorlänge des Halbleiterlasers erstreckenden Kontaktmetallisierung an den Facetten durch Unterätzen der Metallisierung ein Stromfluss verhindert. Zusätzlich wird durch Anwendung eines Ionen-Implantationsprozesses im Facettenbereich eine Durchmischung der aluminiumhaltigen MQW-Aktivschicht erzeugt, sodass dort Laserlicht nicht mehr absorbiert werden kann. Eine Oxidation der aluminiumhaltigen Aktivschicht an der Facette kann hierdurch jedoch nicht verhindert werden.
  • Der Stand der Technik, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, wird in der DE 33 22 388 C2 beschrieben. Auch hier soll bei einem CDH-Halbleiterlaser (Constricted Double Heterostructure, die Führung transversal und lateral schwingenden Laserlichts in der Aktivschicht erfolgt mittels einer darunter liegenden Führungsschicht) eine Katastrophenzerstörung zumindest einer Endfacette verhindert werden. Dazu ist zunächst eine gezielte Strahlführung auch in zumindest einer Endfacette durch Vorsehen einer konvex gekrümmten Führungsschicht vorgesehen. Dabei wird die konvexe Krümmung durch eine laterale Mesa entlang des Halbleiterlasers hervorgerufen. Weiterhin ist vorgesehen, dass die aluminiumhaltige Aktivschicht nicht ganz bis an wenigstens eine der beiden Endfacetten heranreicht. Es wird vor der Endfacette eine nicht-absorbierende Grenzzone geschaffen, in der keine Aktivschicht vorhanden ist. Zur Herstellung der ebenfalls aluminiumhaltigen Grenzzone wird zunächst die Aktivschicht mit den darüber liegenden funktionellen Halbleiterschichten unter Verwendung von Flüssigkeitsphasenepitaxie niedergeschlagen. Teile des Schichtenpaktes einschließlich der Aktivschicht angrenzend an eine oder beide Endfacetten werden dann durch eine Folge selektiver chemischer Ätzschritte wieder entfernt. Nach Beendigung des Ätzens wird auf der obersten Schicht des Schichtenpakets eine Maske niedergeschlagen und anschließend die Grenzzone durch ein Epitaxieverfahren aufgewachsen. Nach Abschluss dieses Verfahrensschrittes wird die Maske entfernt und der Laseraufbau fertigprozessiert. Da die genannten, relativ aufwändigen Maßnahmen die Endfacetten an den Enden der aluminiumhaltigen Grenzzonen wiederum nicht vor einer langfristigen Oxidation schützen, sind diese zur Degradationsvermeidung, entsprechend verspiegelt, was zu den entsprechenden aufwändigen Verfahrensschritten führt.
  • Weiterhin wurde die Verwendung einer aluminiumfreien Endfacette aus InP ohne Aktivschicht schon bei BH-Verstärkern vorgestellt, dies dient jedoch dort einem völlig anderen Zweck. Bei solchen optischen Verstärkern (vergleiche Veröffentlichung III: „1,55 μm Polarisation Independent Semiconductor Optical Amplifier with 25 dB Fiber to Fiber Grain" von P. Doussiere et. al., IEEE Photon. Techn. Lett., vol. 6, S. 170 ... 172, 1994) wird eine sogenannte „InP-Fensterregion" benutzt, um eine Aufweitung des optischen Feldes zur End facette hin zu erreichen, was dann sowohl zu einer Verbesserung des optischen Fernfeldes als auch zu einer Vereinfachung der Entspielungsverhältnisse bei diesen Verstärkern führt. Außerdem werden bei diesen BH-Verstärkern keine aluminiumhaltigen aktiven Schichten verwendet. Es handelt sich daher nicht um eine Maßnahme zum Schutz der optischen Endfacette vor Oxidation.
  • Im Fall von RW-Halbleiterlasern mit einer aluminiumhaltigen Aktivschicht können im Dauerstrichbetrieb (CW Continous Wave) die Endfacetten bislang nur mit einer entsprechenden Facettenbeschichtung betrieben werden. Ohne eine solche Beschichtung kommt es beim Betrieb solcher RW-Halbleiterlaser zu einer fortschreitenden Oxidation der freiliegenden aluminiumhaltigen Schichten an den Endfacetten durch den Sauerstoff in der Umgebungsluft. Absorption von Licht in diesen oxidierten Bereichen führt dann zu einer starken Aufheizung des Materials und als Konsequenz zu einer Zerstörung der Endfacetten, sodass die Laser dann nicht mehr funktionieren. Die Herstellung alterungsstabiler RW-Halbleiterlaser aus aluminiumhaltigen Halbleiterverbundmaterialen erfordert daher bislang eine aufwändige Optimierung der Prozessabfolge „Spalten der Laserbarren und sofortiges anschließendes Beschichten der Endfacetten", um eine Oxidation der aluminiumhaltigen Endfacetten und damit eine Degradation des RW-Halbleiterlasers zu vermeiden.
  • Die Aufgabe für die vorliegende Erfindung ist daher darin zu sehen, für einen Halbleiterlaser in der Ausprägung mit einem Rippenwellenleiter ein einfaches und kostengünstiges Herstellungsverfahren anzugeben, dass keine Verspiegelung der Endfacetten erfordert und trotzdem eine hohe Alterungsstabilität des Halbleiterlasers garantiert. Weiterhin soll ein preiswerter Halbleiterlaser mit Rippenwellenleiter angegeben werden, der keine verspiegelten Endfacetten benötigt und trotzdem eine hohe Alterungsstabilität aufweist.
  • Als Lösung ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers mit einer aluminiumhaltigen Aktivschicht, die zumindest eine der beiden Endfacetten des Halbleiterleiterlasers nicht berührt, auf der Basis des Epitaxieverfahrens nach Anspruch 1 vorgesehen. Weiterhin besteht die Lösung der Aufgabe in einem Halbleiterlaser nach Anspruch 5.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Halbleiterlaser mit Rippenwellenleiter hergestellt werden, deren Endfacetten kein Aluminium aufweisen. Somit tritt hier keine Oxidation auf, der Halbleiterlaser zeigt keine diesbezüglichen Alterungserscheinungen mehr. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass beim Aufwachsen des Halbleiterlasers die aluminiumfreien Bereiche der Endfacetten mit einer entsprechend strukturierten Maske, die vorteilhaft aus SiNx oder SiOx besteht, abgedeckt und als Mesastege strukturiert und dann die Aktivschicht sowie eine aluminiumfreie Zwischenschicht selektiv zwischen den Mesastegen aufgewachsen werden. Dabei dient die aluminiumfreie Zwischenschicht auf der aluminiumhaltigen Aktivschicht deren Schutz vor Oxidation, der bereits unmittelbar nach dem Aufwachsen einsetzt. Nach der Fertigprozessierung des Schichtenaufbaus werden die Laserbarren dann so in einzelne Halbleiterlaser gespalten, dass deren Endfacetten durch diese Mesastege ohne aluminiumhaltige Schichten verlaufen. Das Spalten der vorkonfektionierten Laserbarren in die einzelnen Halbleiterlaser erfolgt somit jeweils im Mittenbereich der aluminiumfreien Mesastege, die unter Verwendung einer entsprechenden Maske mit zu den Laserbarren transversal liegenden Maskenstegen aus einem aluminiumfreien Halbleitersubstrat herausgeätzt werden. Die aluminiumhaltige Aktivschicht kommt somit zu keinem Zeitpunkt während der Laserherstellung mit der Umgebungsluft in Berührung. Die Endfacetten entstehen jeweils aus dem Mittenbereich der Mesastege. Dabei bestimmt der Abstand der Mesastege die Länge der selektiv aufzuwachsenden Aktivschicht im einzelnen Halbleiterlaser und damit dessen Resonatorlänge. Gemäß einer Ausführungsform kann vorteilhaft eine Maske mit einem unterschiedlichen Abstand der transversalen Maskenstege in der Maske verwendet werden. Mit einem unterschiedlichen Abstand der Masken- und damit Mesastege können in einem Prozessdurchlauf verschiedene Halbleiterlaser mit unterschiedlichen Resonatorlängen hergestellt werden. Dabei erstreckt sich die Resonatorlänge immer bis zu den gespaltenen Endfacetten und ist damit um die beiden Spaltbreiten in den Mesastegen größer als der Abstand der Mesastege. Damit im Bereich der Endfacetten auch keine elektrische Ladung gepumpt wird, können gemäß einer weiteren Ausführungsform die Kontaktschicht und die Kontaktmetallisierungen auf der Oberseite der Laserbarren oberhalb der Mesastege ausgespart sein. Obwohl zur Herstellung des RW-Halbleiterlaser nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber der bekannten Herstellung einer RW-Halbleiterlasers ein zusätzlicher selektiver Epitaxieprozess mit Zusatz aufwand und -kosten benötigt wird, bedeutet die Vermeidung der Oxidation dennoch eine erhebliche Arbeitsvereinfachung im Umgang mit solchen Halbleiterlasern und damit insgesamt auch eine deutliche Reduzierung der Gesamtkosten bei der Herstellung.
  • Das bei der Erfindung verwendete Verfahren der selektiven Epitaxie wird bei der Laserherstellung schon seit mehr als 10 Jahren eingesetzt. Im Wesentlichen gibt es dabei drei verschiedene Anwendungsfelder: a) bei BH-Lasern werden die pn-Stromblockierungsschichten selektiv angewachsen, b) bei der Laser-Wellenleiterintegration wird der Wellenleiter selektiv angewachsen und c) bei BH-Lasern wird die aktive Schicht gewachsen. Dies kann unter Anwendung von Maskentechnik zwischen lateralen Mesa erfolgen. In keinem Fall wurde jedoch bislang die selektive Epitaxie bei RW-Halbleiterlasern zum Schutz der Endfacetten vor Oxidation eingesetzt.
  • Ein preiswerter Halbleiterlaser ohne Alterungserscheinungen der Endfacetten gemäß der Erfindung weist einen Rippenwellenleiter mit aluminiumfreien Endfacetten auf, in die jeweils unter Festlegung der Resonatorlänge des Halbleiterlasers ein aluminiumfreier, transversaler Mesasteg im Bereich der Aktivschicht und einer aluminiumfreien Zwischenschicht integriert ist. Dabei wird das Substrat mit Hilfe einer Maske strukturiert und die aluminiumhaltige Aktivschicht in der dabei entstandenen Vertiefung gewachsen, sodass sie mit Hilfe einer darauf aufgewachsenen Zwischenschicht abgedeckt und so vor einer unbeabsichtigten Oxidation geschützt werden kann. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist ein solcher Halbleiterlaser mit einer Wellenleiterrippe einfach und damit kostengünstig herstellbar. Erstmals wird damit ein solcher Halbleiterlasertyp zur Verfügung gestellt, der keine ver- oder entspiegelten Endfacetten benötigt und trotzdem alterungsstabil ist, da die Endfacetten nicht oxidieren. Somit können diese Vorteile mit der einfachen Herstellung eines RW-Halbleiterlasers kombiniert werden. Ein elektrisches Pumpen in den Endfacetten wird inhärent durch den eingebauten InP-pn-Übergang weitgehend verhindert und kann optional durch ein zusätzliches Aussparen der Kontaktschichten und -metallisierungen auf der Oberseite des Halbleiterlasers vollständig vermieden werden. Bevorzugt weist der Halbleiterlaser eine Aktivschicht auf Basis einer InGaAlAs/InGaAlAs-MQW- Struktur, einen Rippenwellenleiter auf InP-Basis und eine Isolationsschicht auf SiNx-Basis auf. Dabei ist die Wellenleiterrippe aluminiumfrei, da ihr Querschnitt die Endfacetten bildet. Weiterhin kann der Halbleiterlaser bevorzugt auch anstelle einer negativleitenden Kontaktmetallisierung auf der Unterseite des prozessierten Schichtenaufbaus eine solche auf der Oberseite aufweisen, was den Vorgang der Kontaktierung vereinfacht, da nun sowohl die p- als auch die n-leitende Kontaktierung von der Oberseite des fertigprozessierten Schichtenpakets unter entsprechende Leitungsführung erfolgen kann.
  • Bei dem aus der oben genannten DE 33 22 288 C2 bekannten Halbleiterlaser handelt es sich um einen BH-Halbleiterlaser, dessen Aktivschicht von einer darunter liegenden, transversal konvex gekrümmten Führungsschicht geführt wird. Die konvexe Krümmung wird dabei von einem lateral verlaufenden Mesasteg hervorgerufen, der bis in die beiden Endfacetten hineinreicht. Die Endfacetten sind jedoch verspiegelt, da sie selbst aluminiumhaltige Bereiche aufweisen. Weiterhin ist es aus der Veröffentlichung IV (Fraunhofer Jahresbericht 2002 IAF Institut für Angewandte Festkörperphysik, „Blue Diode Lasers for Data Storage, Printing and Display" von J. Wagner, Seiten 48/49, abrufbar im Internet unter http://www.iaf.fhg.de/pmar02/blue.pdf, Stand 18.12.2003) bekannt, einen Halbleiterlaser mit einer aluminiumhaltigen Aktivschicht über einen Mesasteg zu kontaktieren. In die Endfacetten integrierte Mesastege, die somit die Resonatorlänge festlegen, werden jedoch nicht eingesetzt: Schließlich ist es noch aus der Veröffentlichung V in Form einer FhG-GMD Projektskizze „Pumplaser bei 14XX nm für Ramanverstärker" von M. Mikulla, IAF, 23.01.03, abrufbar im Internet unter http://www.pt-dlr.de/PT-DLR/kt/MTN-Beschreibungen/01BP278.pdf, Stand 18.12.2003) bekannt, eine aluminiumfreie Aktivschicht zu verwenden, weil durch die Verwendung des aluminiumfreien Materials aufgrund seiner geringeren Neigung zur Oxidation die Zuverlässigkeit der Facettenbeschichtung verbessert wird.
  • Ausbildungsformen der Erfindung werden zu deren weiterem Verständnis nachfolgend anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1A bis 1D einzelne Prozesszustände des Halbleiterlasers während der Durchführung des Herstellungsverfahrens nach der Erfindung und
  • 2A und B zwei Querschnitte des fertigprozessierten Halbleiterlasers nach der Erfindung.
  • Die 1A zeigt ausschnittsweise im Bereich eines vordefinierten Laserbarrens LB einen Querschnitt durch ein aluminiumfreies Halbleitersubstrat HLS, hier n-leitendes InP-Substrat, auf das eine Maske MA, hier aus SiNx, mit transversalen Maskenstegen MAS aufgebracht ist. Dabei ist durch den Abstand d der Maskenstege MAS die spätere Resonatorlänge RL des fertig prozessierten Halbleiterlasers HLL festgelegt. Auf einem Halbleitersubstrat HLS kann der Abstand d der Maskenstege MAS zur Herstellung von Halbleiterlasern HLS mit verschiedenen Resonatorlängen RL (vergleiche 1D) unterschiedlich sein. Nach dem Aufbringen der Maske MA werden durch beispielsweise nasschemisches Ätzen transversale Mesastege MES unterhalb der Maskenstege MAS in das aluminiumfreie Halbleitersubstrat HLS geätzt.
  • Die 1B zeigt das anschließende selektive Aufwachsen, beispielsweise mittels selektiver Gasphasenepitaxie MOVPE, einer aluminiumhaltigen Aktivschicht AS, hier als InGaAlAs-MQW-Schicht auf InGaAlAs, und einer aluminiumfreien Zwischenschicht ZS in die nicht abgedeckten Bereiche des Halbleitersubstrats HLS zwischen den aluminiumfreien Mesastegen MES. Dabei schützt die aluminiumfreie Zwischenschicht ZS die Aktivschicht vor Oxidation direkt nach deren Herstellung. Dies ist erforderlich, da die Aktivschicht AS während des Abziehens der Maske MA vorübergehend der Umgebungsluft ausgesetzt ist und hier oxidieren könnte.
  • Gemäß 1C werden nach dem Entfernen der Maske MA weitere aluminiumfreie, funktionelle Halbleiterschichten FHS, hier eine p-leitende Deckschicht DS aus InP, in einer zweiten Epitaxie flächig auf der Aktivschicht AS und der Mesastege MES aufgewachsen. Anschließend wird auf konventionellem Wege der Rippenwellenleiter RWL geätzt, eine Isolationsschicht IS, hier aus SINx, aufgebracht und nach einem Abdünnen der Laserbarren LB auf eine Restdicke von ungefähr 100 μm eine p-leitende Kontaktschicht KS und Kontaktmetallisierungen KM aufgebracht. Dabei handelt es sich um eine n-leitende Kontaktmetallisierung KM auf der Unterseite des Halbleitersubstrats HLS und eine p-leitende Kontaktmetallisierung KM auf der Oberseite des Halbleitersubstrats HLS. Dabei sind die p-leitende Kontaktschicht und die p-leitende Kontaktmetallisierung KM so ausgeführt, dass die Mesastege MES nicht elektrisch gepumpt werden.
  • Gemäß 1D wird nach dem Abschluss der Prozessierung des Schichtenaufbaus SA das Halbleitersubstrat HLS entlang der vordefinierten Laserbarren LB lateral gespalten. Anschließend wird jeder Laserbarren LB im Mittenbereich der Mesastege MES transversal gespalten (vertikale Pfeile), sodass die einzelnen Halbleiterlaser HLL mit Rippenwellenleiter RWL in der vorgesehenen Resonatorlänge RL entstehen. Deren gespaltene Endfacetten EF verlaufen durch die Mesastege MES und sind aluminiumfrei.
  • An den in 1D eingezeichneten Stellen sind zwei Querschnitte durch den fertig prozessierten Halbleiterlaser HLL in den 2A und 2B dargestellt. Die 2A zeigt einen Querschnitt innerhalb der Aktivschicht AS des Halbleiterlasers HLL. Zu erkennen sind die aluminiumhaltige Aktivschicht AS, die aluminiumfreie Zwischenschicht ZS und der Rippenwellenleiter RWL, hier aus p-leitendem InP. Dargestellt sind weiterhin die Isolationsschicht IS aus SiNx, die p-leitende Kontaktschicht KS und die p-leitende Kontaktmetallisierung KM auf der Oberseite des Halbleiterlasers HLL sowie die n-leitende Kontaktmetallisierung KM auf dessen Unterseite mit dem n-leitenden Halbleitersubstrat HLS.
  • Die 2B zeigt einen Querschnitt im Bereich der rechten Endfacette EF des Halbleiterlasers HLL. Zu erkennen sind wiederum der p-leitende aluminiumfreie Rippenwellenleiter RWL und das n-leitende aluminiumfreie Halbleitersubstrat HLS ebenso wie die n-leitende Kontaktmetallisierung KM auf der Unterseite des Halbleiterlasers HLL. Im Bereich der Endfacette EF treten jedoch die aluminiumhaltige Aktivschicht AS und die aluminiumfreie Zwischenschicht ZS nicht auf. Somit ist die Endfacette EF frei von Aluminium und daher vor Oxidation an Luft und damit vor Zerstörung durch Absorptionserwärmung geschützt. Ebenfalls in der gezeigten Ausführungsform nicht vorhanden sind im Bereich der Endfacette EF die p-leitende Kontaktschicht KS und die p-leitende Kontaktmetallisierung KM, sodass die Endfacette EF auch nicht elektrisch gepumpt wird.
  • Die Erfindung ist auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel nicht begrenzt. Grundsätzlich sind alle bekannten Kombinationen aus Halbleitermaterial und Schichtenaufbauten mit einer aluminiumhaltigen Aktivschicht für die Herstellung und den Aufbau eines Halbleiterlasers mit Rippenwellenleiter und aluminiumfreien Endfacetten verwendbar. Dabei sind auch unterschiedliche Typen von Halbleiterlasern mit Rippenwellenleiter, beispielsweise FP-Laser (Fabry-Perot), DFB-Laser (Distributed FeedBack) ohne und mit integriertem Modulator, DBR-Laser (Distributed Bragg Reflector) jeweils in Ein- oder Mehrsektionsausführung oder DFB-Laser mit integriertem Modulator, einbezogen. Dabei können auch weitere funktionale Halbleiterbauelemente, beispielsweise eine Photodiode, integriert sein. Weiterhin zeigt das Ausführungsbeispiel ein n-leitendes Halbleitersubstrat mit einem p-leitenden Rippenwellenleiter und entsprechend leitende funktionelle Halbleiter- und Kontakt- sowie Metallisierungsschichten (vergleiche 2A und 2B). Eine invertierte Bauweise mit einem p-leitenden Halbleitersubstrat und einem Rippenwellenleiter aus n-dotiertem Material und entsprechend leitenden weiteren Schichten soll dabei aber genauso von der Erfindung umfasst sein.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers (HLL) mit einer aluminiumhaltigen Aktivschicht (AS), die zumindest eine der beiden Endfacetten (EF) des Halbleiterlasers (HLL) nicht berührt, auf der Basis des Epitaxieverfahrens mit den Verfahrensschritten: • Aufbringen einer Maske (MA) auf ein aluminiumfreies Halbleitersubstrat (HLS), wobei in Abhängigkeit vom gewählten Abstand (d) von transversalen Maskenstegen (MAS) in der Maske (MA) entlang vordefinierter Laserbarren (LB) auf dem Halbleitersubstrat (HLS) die Resonatorlänge (RL) des herzustellenden Halbleiterlasers (HLL) bestimmt wird, • Ätzen von den Maskenstegen (MAS) entsprechenden, transversalen aluminiumfreien Mesastegen (MES) in das Halbleitersubstrat (HLS), • epitaktisches Aufwachsen der aluminiumhaltigen Aktivschicht (AS) und einer aluminiumfreien Zwischenschicht (ZS) durch selektive Epitaxie zwischen den aluminiumfreien Mesastegen (MES), und • Entfernen der Maske (MA), • epitaktisches Aufwachsen von weiteren aluminiumfreien Halbleiterschichten (FHS) und Kontaktschichten (KS) auf der Aktivschicht (AS) und den Mesastegen (MES) durch flächige Epitaxie, • Ätzen von Rippenwellenleitern (RWL) entlang der vordefinierten Laserbarren (LB), • Ätzen der Kontaktschicht (KS) im Bereich der Mesastege (MES), • Aufbringen von zumindest einer Isolationsschicht (IS), • Öffnen der Isolationsschicht (IS) auf den Rippenwellenleitern (RWL) im Bereich der Halbleiterlaser (HLL), • Aufbringen von Kontaktmetallisierungen (KM), • Spalten des prozessierten Schichtenaufbaus (SA) im Mittenbereich der Mesastege (MES) in die vordefinierten Laserbarren (LB) mit den Halbleiterleiterlasern (HLL) mit Rippenwellenleiter (RWL) und • anschließendes Spalten der Laserbarren (LB) in die Halbleiterlaser (HLL).
  2. Verfahren nach Anspruch 1 mit einer Aussparung der Kontaktschicht (KS) und der Kontaktmetallisierung (KM) auf der Oberseite der Laserbarren (LB) oberhalb der Mesastege (MES).
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit einem unterschiedlichen Abstand der transversalen Maskenstege (MAS) in der Maske (MA).
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Maske (MA) aus SiN oder SiOx.
  5. Halbleiterlaser (HLL) mit einem Schichtenaufbau (SA), aufweisend ein aluminiumfreies Halbleitersubstrat (HLS), in welches unter Festlegung der Resonatorlänge (RL) des Halbleiterlasers (HLL) ein aluminiumfreier, transversaler Mesasteg (MES) geätzt wurde, eine aluminiumhaltige Aktivschicht (AS) und eine aluminiumfreie Zwischenschicht (ZS), die zumindest eine der beiden Endfacetten (EF) des Halbleiterlasers (HLL) nicht berühren, wobei zumindest die aluminiumhaltige Aktivschicht (AS) durch selektive Epitaxie angrenzend an einen Mesasteg (MES) aufgewachsen worden ist, sowie aufweisend weitere aluminiumfreie Halbleiterschichten (FHS), einen Rippenwellenleiter (RWL) mit aluminiumfreien Endfacetten (EF), zumindest eine Isolationsschicht (IS), Kontaktschichten (KS) und Kontaktmetallisierungen (KM).
  6. Halbleiterlaser nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Kontaktschicht (KS) und eine Kontaktmetallisierung (KM) auf der Oberseite des Halbleiterlasers (HLL), die die integrierten Mesastege (MES) nicht überdecken.
  7. Halbleiterlaser nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Anordnung p- und n-leitender Kontaktmetallisierungen (KM) auf der Oberseite des prozessierten Schichtenaufbaus (SA).
  8. Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine Aktivschicht (AS) auf Basis einer InGaAlAs/InGaAlAs-MQW- oder InGaAsP/InGaAlAs-MQW-Struktur oder einer Mischform dieser Strukturen, ein aluminiumfreies Halbleitersubstrat (HLS) auf InP- oder GaAs-Basis und/oder eine Isolationsschicht (IS) auf SiNx- oder SiOx-Basis.
  9. Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch eine Bauform als Fabry-Perot-, Distributed FeedBack- oder Distributed Bragg Reflector-Laser, jeweils in Ein- oder Mehrsektionsausführung, oder als Distributed FeedBack-Laser mit integriertem Modulator.
  10. Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet durch eine zusätzlich integrierte Photodiode.
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