DE10303433A1

DE10303433A1 - Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE10303433A1
Application number: DE10303433A
Authority: DE
Inventors: Tomoko Kadowaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-05-20
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2003-12-11
Also published as: CN1459898A; JP2003338664A; US20030214990A1

Abstract

Es wird ein Halbleiterbauelement zum Erzeugen von Laserlicht aus einer aktiven Schicht offenbart. Das Halbleiterbauelement enthält eine kammförmige Mesa, welche die aktive Schicht, Stromblockierschichten, die beide Seiten der Mesa begraben, eine Diffusionsblockierschicht, die auf der Mesa und den Stromblockierschichten gebildet ist, um verkettet bzw. verknüpft zu sein, und eine p-InP-Überzugsschicht enthält, die auf der Diffusionsblockierschicht gebildet ist und eine vorbestimmte Verunreinigung enthält. Es ist möglich, eine Verringerung des Widerstandswerts jeder Stromblockierschicht infolge der Diffusion der Verunreinigung der p-InP-Überzugsschicht in die Stromblockierschichten zu unterdrücken und eine Hochgeschwindigkeitsoperation eines Lasers mit einem Modulator zu realisieren.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement und ist insbesondere für eine Anwendung auf einen Laser mit einem optischen Modulator geeignet, welcher in einem ultraschnellen optischen Kommunikationssystem oder dergleichen verwendet wird.
Um große Mengen von Daten bei einer Verwendung eines Halbleiterlasers und einer optischen Faser zu senden, ist es nötig, den Halbleiterlaser mit einer hohen Geschwindigkeit zu modulieren. Es ist daher ein Verfahren bekannt, bei welchem ein injizierter Strom des Halbleiterlasers geändert wird, der in einem Single-mode verwendet wird, um dadurch eine direkte Modulation durchzuführen. Da jedoch eine Wellenlängenänderung (ein Wellenlängenchirpen) infolge einer Änderung der Dichte eines injizierten Ladungsträgers hoch ist, kann das vorliegende Verfahren nicht für eine Modulation mit einer hohen Geschwindigkeit von beispielsweise 10 Gbps oder mehr verwendet werden.
Aufmerksamkeit wird einem Verfahren des Modulierens eines Halbleiterlasers durch einen optischen Modulator, welcher ein geringes Wellenlängenchirpen aufweist, als Alternative zu dem herkömmlichen direkten Modulationsverfahren gewidmet. Der bei diesem Verfahren verwendete Laser wird im allgemeinen als "Laser mit einem optischem Modulator" bezeichnet. Der Laser mit dem optischen Modulator ist einer, bei welchem ein Einmodenhalbleiterlaser und ein optischer Hochgeschwindigkeitsmodulator zum Modulieren des Lasers auf einem Chip integriert vorgesehen sind. Daher macht es der Laser mit dem optischen Modulator unnötig, Schaltungen zwischen dem optischen Modulator und dem Laser vorzusehen, und er ist sehr praktisch. Des weiteren ist der Laser mit dem optischen Modulator als Schlüsselbauelement für optische Übertragungen mit einer hohen Kapazität äußerst wichtig.
Um eine Hochgeschwindigkeitsoperation bzw. einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb eines derartigen Lasers zu realisieren, ist es nötig, die elektrische Kapazität eines Modulatorteils zu verringern und den Widerstandswert eines zwischen einem Laserteil und dem Modulatorteil vorgesehenen Isolierteils zu erhöhen. Zusätzlich muß eine hinreichend hohe Zuverlässigkeit als Übertragungs- bzw. Kommunikationslaser sichergestellt sein.

Fig. 27A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche eine Struktur eines herkömmlichen Lasers mit einem optischen Modulator darstellt. Fig. 27B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 27A dargestellten Linie I-I' darstellt. In Fig. 27A und 27B bezeichnet Bezugszeichen 101 ein InP-Substrat, Bezugszeichen 112 bezeichnet eine n-InP- Überzugsschicht (n-InP clad layer), Bezugszeichen 103 bezeichnet eine Absorptionschicht für den Modulator, Bezugszeichen 113 bezeichnet eine p-InP-Überzugsschicht, Bezugszeichen 105 bezeichnet eine Mesa, welche eine aktive Schicht 102 (in Fig. 27A und 27B nicht dargestellt) und die Absorptionsschicht 103 enthält, und Bezugszeichen 106 bezeichnen Stromblockierschichten, welche jeweils eine InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 106a bzw. eine n-InP-Schicht 106b enthalten. Bezugszeichen 107 bezeichnet eine p-InP-Überzugsschicht, Bezugszeichen 108 bezeichnet eine p-InGaAs-Kontaktschicht, und Bezugszeichen 109 bezeichnen jeweils Prozeßmesagräben (process mesa trenches).

Ein Verfahren zur Herstellung des herkömmlichen Lasers mit dem optischen Modulator wird unten unter Bezugnahme auf Fig. 22 bis 27 erläutert. Fig. 22 bis 27 zeigen jeweils schematische Darstellungen des Herstellungsverfahrens des herkömmlichen Lasers in einer Prozeßreihenfolge, wobei Fig. 22, Fig. 23A, Fig. 24A, Fig. 25A, Fig. 26A und Fig. 27A jeweils perspektivische Ansichten des Lasers zeigen. Des weiteren zeigen Fig. 23B, Fig. 24B, Fig. 25B und Fig. 26B schematische Querschnittsansichten, welche jeweils eine Querschnittsansicht entlang I-I' von Fig. 23A, eine Querschnittsansicht entlang Linie I-I' von Fig. 24A, eine Querschnittsansicht entlang Linie I-I' von Fig. 25A bzw. eine Querschnittsansicht entlang Linie I-I' von Fig. 26A darstellen. Dabei zeigt die Querschnittsansicht entlang Linie I-I' eine Querschnittsansicht eines Isolierteils zwischen einem Laserteil und einem Modulatorteil.

Wie in Fig. 22 dargestellt, läßt man zuerst eine vorbestimmte Kristallschicht, welche eine n-InP-Überzugsschicht 112, eine aktive Schicht 102 für einen Laser und eine Absorptionsschicht 103 für einen Modulator enthält, und eine p-InP-Überzugsschicht 113 auf einem InP-Substrat 101 epitaxial aufwachsen. Danach wird darauf ein Isolierfilm 104 wie ein Siliziumoxidfilm (SiO₂-Film) mit einer Breite von etwa 6 µm gebildet. Mit dem als Maske verwendeten Isolierfilm 104 wird eine Mesa 105, welche die aktive Schicht 102 und die Absorptionsschicht 103 enthält, durch Naßätzen unter Verwendung eines Ätzmittels wie HBr gebildet. Die aktive Schicht 102 und die Absorptionsschicht 103 werden auf derselben Schicht auf der n-InP- Überzugsschicht 112 gebildet. Ein Bereich, in welchem die aktive Schicht 102 gebildet wird, dient als Laserteil, wohingegen ein Bereich, in welchem die Absorptionsschicht 103 gebildet wird, als Modulatorteil dient.

Wie in Fig. 23A dargestellt, wird als nächstes der für die Bildung der Mesa 105 verwendete Isolierfilm 104 als selektive Aufwachsmaske verwendet. Eine InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 106a, welche eine Dicke in einem Bereich von etwa 2 µm bis etwa 3 µm besitzt, und eine n-InP-Schicht 106b, welche eine Dicke von etwa 1,0 µm besitzt, werden kontinuierlich eingebettet und wachsen auf jeder Seitenfläche der Mesa 105 als Stromblockierschicht 106 durch ein MOCVD-Verfahren auf. Zu dieser Zeit werden beispielsweise Eisen (Fe) als Dotierungssubstanz für die InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 106a und Schwefel (S) beispielsweise als Dotierungssubstanz für die n-InP- Schicht 106b verwendet.

Der Grund, warum die n-InP-Schicht 106 auf der InP- Schicht mit hohem Widerstandswert 106a aufwächst, wird nun beschrieben. In einem nachfolgenden Prozeß wird wie später beschrieben eine p-InP-Überzugsschicht 107 auf jeder der Stromblockierschichten 106 gebildet. Wenn jedoch die p-InP-Überzugsschicht 107 direkt auf der InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 106a aufwächst, dann werden Zn entsprechend einer Dotierungssubstanz der p-InP-Überzugsschicht 107 und Fe entsprechend einer Dotierungssubstanz der InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 106a wechselseitig eindiffundiert. Der Widerstandswert der InP- Schicht mit hohem Widerstandswert 106a wird infolge der Diffusion von Zn in die InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 106a verringert. Jedoch wird infolge des Aufwachsens der n-InP-Schicht 106b zwischen der p-InP-Überzugsschicht 107 und der InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 106a die n-InP-Schicht 106b als Löcherfangstellenschicht arbeiten, welche Zn fängt, um von der p- InP-Überzugsschicht 107 in jede InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 106a einzudiffundieren. Es ist daher möglich, eine Widerstandswertverringerung infolge der Diffusion von Zn in die InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 106a zu verhindern.

Es wird übrigens der Querschnitt (Querschnitt des Isolierteils) entlang Linie I-I' von Fig. 23A als dieselbe Form wie eine Endoberfläche auf der in Fig. 23A dargestellten Modulatorseite wie in Fig. 23B veranschaulicht in dieser Stufe angenommen.

Wie in Fig. 24A dargestellt wird die Position entsprechend dem Isolierteil auf eine vorbestimmte Tiefe trockengeätzt, um dadurch die n-InP-Schichten 106b des Isolierteils zu entfernen. Bei diesem Ätzen wird die n- InP-Schicht 106b, welche in einem Bereich liegt, der im Inneren von jedem Mesagraben 106 befindlich ist, welcher in einem nachfolgenden Prozeß definiert wird, entfernt. Ein Querschnittsabschnitt des Isolierteils folgend dem Entfernen der n-InP-Schichten 106b wird wie in Fig. 24(b) gezeigt dargestellt. Während die n-InP-Schicht 106b vom n-Typ ist und einen niedrigen Widerstandswert besitzt, kann ein hoher Isolierwiderstandswert durch Entfernen der n-InP-Schichten 106b aus dem Isolierteil auf diese Weise erzielt werden.

Wie in Fig. 25A und 25B dargestellt, läßt man als nächstes eine p-InP-Überzugsschicht 107 und eine p- InGaAs-Kontaktschicht 108 auf der gesamten Oberfläche eines Wafers aufwachsen. Folglich werden die InP-Schichten mit hohem Widerstandswert und die p-InP-Überzugsschicht 107 in engen Kontakt miteinander in dem Isolierteil gebracht.

Wie in Fig. 26A und 26B dargestellt wird als nächstes die p-InGaAs-Kontaktschicht 108 des Isolierteils durch Naßätzen unter Verwendung eines Ätzmittels wie Weinsäure entfernt. Der Grund dafür, warum die p-InGaAs- Kontaktschicht 108 des Isolierteils entfernt wird, ist ebenfalls ähnlich dem Grund zum Entfernen der n-InP- Schichten 106b des Isolierteils, und es wird ein hoher Isolierwiderstandswert in dem Isolierteil erzielt.

Schließlich werden Mesagräben 109, welche jeweils eine Breite im Bereich von etwa 5 µm bis etwa 7 µm besitzen, wie in Fig. 27A und 27B dargestellt durch ein Verfahren wie Ätzen definiert. Folglich wird der Laser mit dem optischen Modulator wie in Fig. 27A und 27B dargestellt fertiggestellt. Ein Querschnittsabschnitt des Isolierteils des fertiggestellten Lasers mit dem optischen Modulator entspricht einer in Fig. 27B dargestellten Struktur. Infolge des Entfernens der n-InP-Schichten 106b, des Entfernens der p-InGaAs-Kontaktschicht 108 und des Bildens der Prozeßmesagräben 109 wird der Rand der Mesa 105, welche die n-InP-Überzugsschicht 112, die aktive Schicht 102, die Absorptionsschicht 103 und die p-InP- Überzugsschicht 113 enthält, mit einer stark isolierenden Schicht bedeckt, so daß ein Ansteigen des Trennungswiderstandswerts (separation resistance) erzielt wird.

Somit führt der herkömmliche Laser mit dem optischen Modulator Prozesse wie das Entfernen der n-InP-Schichten 106b des Isolierteils, das Entfernen der p-InGaAs-Kontaktschicht 108 davon, usw. aus, um den Trennungswiderstandswert des zwischen dem Laser und dem Modulator befindlichen Isolierteils zu erhöhen.

Jedoch ruft der herkömmliche Laser mit dem optischen Modulator eine neue Schwierigkeit infolge des Entfernens der n-InP-Schichten 106b des Isolierteils hervor. Dies ist eine Schwierigkeit, welche durch den direkten Kontakt zwischen jeder InP-Schicht mit hohem Widerstandswert und der p-InP-Überzugsschicht 107 infolge des Entfernens der n-InP-Schichten 106b des Isolierteils hergerufen wird.

Wenn die InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 106a und die p-InP-Überzugsschicht 107 in Kontakt miteinander gebracht werden, diffundieren Fe entsprechend einer Dotierungssubstanz der InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 106a und Zn entsprechend einer Dotierungssubstanz der p- InP-Überzugsschicht 107 wie in Fig. 28A wechselseitig. Bei der InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 106b wird infolge der Diffusion von Zn entsprechend der p-Typ Dotierungssubstanz in die InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 106a der Widerstandswert verringert. Als Ergebnis entsteht eine Schwierigkeit dahingehend, daß der Trennungswiderstandswert zwischen dem Laser und dem Modulator verringert wird und daher ein Hochfrequenzleck (high frequency leak) auftritt, wodurch eine Beeinträchtigung der Hochgeschwindigkeitsoperation auftritt.

Eine andere Schwierigkeit ergibt sich in dem Modulatorteil. Wie oben beschrieben ist der Modulatorteil derart strukturell entworfen, daß infolge des Vorsehens der n-InP-Schicht 106b zwischen der p-InP-Überzugsschicht 107 und jeder der InP-Schichten mit hohem Widerstandswert 106a die n-InP-Schicht 106b Zn fängt, um von der p-InP- Überzugsschicht 107 in die InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 106a zu diffundieren, wodurch eine Verringerung des Widerstandswerts der InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 106a verhindert wird.

In einem tatsächlichen Herstellungsprozeß jedoch kann ein leitendes bzw. führendes Ende (leading end) von jeder n-InP-Schicht 106b von jeder Seitenfläche einer Mesa 105 wie in Fig. 28B dargestellt beabstandet bzw. abgetrennt werden. Wenn eine InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 106a auf der Seitenfläche der Mesa 105 mit einer vorbestimmten Dicke auf das Bilden der InP-Schicht mit hohem widerstandswert 106a und der n-InP-Schicht 106b beispielsweise gebildet wird, wird ein Zustand wie in Fig. 28B dargestellt auftreten.

In diesem Fall werden die p-InP-Überzugsschicht 107 und die InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 106a in direkten Kontakt miteinander zwischen dem leitenden Ende der n-InP-Schicht 106b und der Seitenfläche der Mesa 105 gebracht, so daß Fe entsprechend der Dotierungssubstanz in der InP-Schicht mit hohem Widerstandswert und Zn entsprechend der Dotierungssubstanz, welche in der p-InP- Überzugsschicht 107 enthalten ist, wechselseitig diffundieren. Daher wird Zn in Bezug auf Fe, welches in der InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 106a enthalten ist, kompensiert werden, so daß die Dichte des in der InP- Schicht mit hohem Widerstandswert 106a enthaltenen Fe wirksam verringert wird. Dies führt zu der Ausübung eines Einflusses äquivalent zu der Tatsache, daß jede InP- Schicht mit hohem Widerstandswert 106a dünn ausgebildet wird. Da die Kapazität im allgemeinen umgekehrt proportional zu der Dicke ist, entsteht dahingehend eine Schwierigkeit, daß die Kapazität des Modulatorteils infolge der wechselseitigen Diffusion der Dotierungssubstanzen sich erhöhen würde.

Des weiteren tritt bei dem Laserteil und dem Modulatorteil eine Schwierigkeit dahingehend auf, daß Fe entsprechend der Dotierungssubstanz der InP-Schicht mit hohem widerstandswert 106 und Zn entsprechend der Dotierungssubstanz der p-InP-Überzugsschicht 107 wechselseitig diffundieren, wodurch der Widerstandswert der InP-Schicht 106 mit hohem Widerstandswert jeder Stromblockierschicht 106 verringert wird. Des weiteren tritt eine Schwierigkeit dahingehend auf, daß dann, wenn die Dotierungssubstanzen in die Mesa 105 diffundieren, welche die aktive Schicht 102, die Absorptionsschicht 103, usw. enthält, eine charakteristische Verschlechterung wie eine Verringerung der Effizienz eines Bauelements und eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit auftreten würden.

Bei dem herkömmlichen Laser mit dem optischen Modulator tritt somit eine Schwierigkeit dahingehend auf, daß infolge der wechselseitigen Diffusion von Zn und Fe der Trennungswiderstandswert zwischen dem Laser und dem Modulator verringert wird oder die Kapazität des Modulators erhöht wird, so daß die Hochgeschwindigkeitsoperation des Lasers beeinträchtigt wird und die Zuverlässigkeit davon weiter verschlechtert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben dargestellten Schwierigkeiten zu überwinden und insbesondere eine wechselseitige Diffusion von Dotierungssubstanzen zu unterdrücken, eine Hochgeschwindigkeitsoperation eines Lasers mit einem Modulator zu realisieren und die Zuverlässigkeit davon zu erhöhen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.

Entsprechend einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält ein Halbleiterbauelement zum Erzeugen von Laserlicht aus einer aktiven Schicht einen kammförmigen Mesaabschnitt, Stromblockierschichten, eine Diffusionsblockierschicht und eine leitende Schicht. Der kammförmige Mesaabschnitt enthält die aktive Schicht. Die Stromblockierschichten sind derart gebildet, daß sie beide Seiten des Mesaabschnitts begraben. Die Diffusionsblockierschicht ist auf dem Mesaabschnitt und den Stromblockierschichten in einer ununterbrochenen Form gebildet. Die leitende Schicht ist auf der Diffusionsblockierschicht gebildet und enthält eine vorbestimmte Verunreinigung.

Entsprechend einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält ein Halbleiterbauelement zum Erzeugen von Laserlicht aus einer aktiven Schicht einen kammförmigen Mesaabschnitt, Stromblockierschichten, eine leitende Schicht und eine Diffusionsblockierschicht. Der kammförmige Mesaabschnitt enthält die aktive Schicht. Die Stromblockierschichten sind derart gebildet, daß sie beide Seiten des Mesaabschnitts begraben. Die leitende Schicht ist auf dem Mesaabschnitt und den Stromblockierschichten gebildet und enthält eine vorbestimmte Verunreinigung. Die Stromblockierschichten besitzen eine isolierende erste Schicht zum Bedecken jedes Seitenabschnitts des Mesaabschnitts und eine zweite Schicht vom leitenden Typ gegenüberliegend der leitenden Schicht. Die zweite Schicht ist auf der ersten Schicht gebildet. Die Diffusionsblockierschicht ist zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht gebildet.

Entsprechend einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält ein Halbleiterbauelement zum Erzeugen von Laserlicht aus einer aktiven Schicht einen kammförmigen Mesaabschnitt, Stromblockierschichten, eine Diffusionsblockierschicht und eine leitende Schicht. Der kammförmige Mesaabschnitt enthält die aktive Schicht. Die Stromblockierschichten sind derart gebildet, daß sie beide Seiten des Mesaabschnitts begraben. Die Diffusionsblockierschicht ist zwischen wenigstens jedem Seitenabschnitt des Mesaabschnitts und der Stromblockierschicht gebildet. Die leitende Schicht ist über dem Mesaabschnitt und den Stromblockierschichten gebildet und enthält eine vorbestimmte Verunreinigung.

Da Diffusionsschichten ununterbrochen auf einem Mesaabschnitt und Stromblockierschichten gebildet sind, kann verhindert werden, daß eine Verunreinigung einer leitenden Schicht in die Stromblockierschichten diffundiert. Es ist somit möglich, eine Verringerung des Widerstandswerts jeder Stromblockierschicht zu verhindern und eine Hochgeschwindigkeitsoperation eines Lasers zu realisieren.

Da die Diffusionsblockierschicht zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht einer jeden Stromblockierschicht gebildet ist, kann die Diffusion der Verunreinigung der leitenden Schicht in die erste Schicht der Stromblockierschicht verhindert werden. Des weiteren ist die zweite Schicht zum Fangen der Verunreinigung der leitenden Schicht geeignet. Es ist somit möglich, eine Verringerung des Widerstandswerts der Stromblockierschicht zu unterdrücken und eine Hochgeschwindigkeitsoperation eines Laser zu realisieren.

Da die Diffusionsblockierschicht zwischen jeder Seite eines Mesaabschnitts und seiner entsprechenden Stromblockierschicht gebildet ist, kann die Diffusion einer Verunreinigung einer leitenden Schicht in den Mesaabschnitt verhindert werden. Es ist somit möglich, eine charakteristische Verschlechterung wie eine Verringerung der Effizienz eines Bauelements und eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit zu unterdrücken.

Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche ein Herstellungsverfahren des Lasers einer ersten Ausführungsform darstellt.
Fig. 2A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Herstellungsverfahren des Lasers der ersten Ausführungsform darstellt.
Fig. 2B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 2A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 3A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Herstellungsverfahren des Lasers der ersten Ausführungsform darstellt.
Fig. 3B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 3A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 4A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Herstellungsverfahren des Lasers der ersten Ausführungsform darstellt.
Fig. 4B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnittsabschnitt entlang der in Fig. 4A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 5A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Herstellungsverfahren des Lasers der ersten Ausführungsform darstellt.
Fig. 5B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 5A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 6A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche den Laser und einen optischen Modulator der ersten Ausführungsform darstellt.
Fig. 6B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 6A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 7A zeigt einen Querschnitt des Isolierteils des fertiggestellten Lasers mit dem optischen Modulator der ersten Ausführungsform.
Fig. 7B stellt einen Querschnitt entlang Linie II-II' von Fig. 6A dar und veranschaulicht ebenfalls einen Querschnitt des Modulatorteils des fertiggestellten Lasers mit dem optischen Modulator.
Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche ein Herstellungsverfahren des Lasers einer zweiten Ausführungsform darstellt.
Fig. 9A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Herstellungsverfahren des Lasers der zweiten Ausführungsform darstellt.
Fig. 9B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 9A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 10A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Herstellungsverfahren des Lasers der zweiten Ausführungsform darstellt.
Fig. 10B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 10A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 11A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Herstellungsverfahren des Lasers der zweiten Ausführungsform darstellt.
Fig. 11B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 11A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 12A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Herstellungsverfahren des Lasers der zweiten Ausführungsform darstellt.
Fig. 12B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 12A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 13A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche den Laser mit einem optischen Modulator der zweiten Ausführungsform darstellt.
Fig. 13B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 13a dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 14A zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt des Isolierteils des fertiggestellten Lasers ähnlich Fig. 13B darstellt.
Fig. 14B stellt eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II' von Fig. 13A dar und veranschaulicht ebenfalls einen Querschnitt des Modulatorteils des fertiggestellten Lasers mit dem optischen Modulator.
Fig. 15 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche ein Herstellungsverfahren des Lasers einer dritten Ausführungsform darstellt.
Fig. 16A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Herstellungsverfahren des Lasers der dritten Ausführungsform darstellt.
Fig. 16B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 16A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 17A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Herstellungsverfahren des Lasers der dritten Ausführungsform darstellt.
Fig. 17B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 17A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 18A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Herstellungsverfahren des Lasers der dritten Ausführungsform darstellt.
Fig. 18B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 18A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 19A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Herstellungsverfahren des Lasers der dritten Ausführungsform darstellt.
Fig. 19B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 19A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 20A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche den Laser mit einem optischen Modulator der dritten Ausführungsform darstellt.
Fig. 20B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 20A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 21 stellt einen Querschnitt entlang der Linie II-II' von Fig. 20A dar und veranschaulicht ebenfalls einen Querschnitt des Modulatorteils des fertiggestellten Lasers mit dem optischen Modulator.
Fig. 22 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche ein Herstellungsverfahren des herkömmlichen Lasers darstellt.
Fig. 23A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Herstellungsverfahren des herkömmlichen Lasers darstellt.
Fig. 23B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 23A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 24A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Herstellungsverfahren des herkömmlichen Lasers darstellt.
Fig. 24B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 24A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 25A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Herstellungsverfahren des herkömmlichen Lasers darstellt.
Fig. 25B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 25A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 26A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Herstellungsverfahren des herkömmlichen Lasers darstellt.
Fig. 26B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 26A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 27A zeigt eine perspektivische Ansicht, welche eine Struktur des herkömmlichen Laser mit einem optischen Modulator darstellt.
Fig. 27B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 27A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Fig. 28A und 28B stellen durch den herkömmlichen Laser mit dem optischen Modulator hervorgerufene Schwierigkeiten dar.
Mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden hiernach detailliert unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist übrigens nicht auf oder durch die folgenden Ausführungsformen beschränkt. In den jeweiligen Figuren werden dieselben oder entsprechende Teile durch dieselben Bezugszeichen identifiziert, und es wird eine Beschreibung der jeweiligen gemeinsamen Abschnitte geeignet vereinfacht oder ausgelassen.

Erste Ausführungsform

Fig. 6A und 6B zeigen schematische Figuren, welche einen Laser mit einem optischen Modulator der ersten Ausführungsform darstellen. Dabei zeigt Fig. 6A eine perspektivische Ansicht des Lasers, und Fig. 6B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang der in Fig. 6A dargestellten Linie I-I' darstellt.
Wie in Fig. 6A und 6B dargestellt enthält der Laser ein InP-Substrat 1, eine n-InP-Überzugsschicht (n-InP clad layer) 12, eine aktive Schicht 2 (in Fig. 6A und 6B nicht dargestellt), eine Absorptionsschicht 3, eine p- InP-Überzugsschicht (p-InP clad layer) 13, eine Mesa 5 (AR-Mesa), welche eine aktive Schicht 2 und eine Absorptionsschicht 3 enthält, Stromblockierschichten 6, welche sich jeweils aus einer InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 6a und einer n-InP-Schicht 6b zusammensetzen, eine p-InP-Überzugsschicht 7, eine p-InGaAs-Kontaktschicht 8 und Prozeßmesagräben (process mesa trenches) 9.
Eine p-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 10 wird gebildet, um das obere Ende der Mesa 5 und die obersten Oberflächen der Stromblockierschichten 6 zu bedecken. Die p-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 10 wird gebildet, um das obere Ende der Mesa 5 und die oberen Abschnitte der InP-Schichten mit hohem Widerstandswert 6a in einem Isolierteil und das obere Ende der Mesa 5 und die oberen Abschnitte der n-InP-Schichten 6A in einem Modulatorteil und einem Laserteil zu bedecken.
Da die p-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 10 gebildet wird, um die obersten Oberflächen der Stromblockierschichten 6 auf diese Weise zu bedecken, kann die p-InP- Überzugsschicht 7 die Bildung eines direkten Kontakts mit den InP-Schichten mit hohem Widerstandswert 6a verhindern. Es ist somit möglich, eine wechselseitige Diffusion von in der p-InP-Überzugsschicht 7 und den InP-Schichten mit hohem Widerstandswert 6a enthaltenen Dotierungssubstanzen zu unterdrücken.
Ein Verfahren zur Herstellung des Lasers der ersten Ausführungsform wird unten auf der Grundlage der Fig. 1 bis 6 erläutert. Fig. 1 bis 6 zeigen jeweils schematische Ansichten, welche das Herstellungsverfahren des Lasers der ersten Ausführungsform in einer Prozeßreihenfolge darstellen, wobei Fig. 1, Fig. 2A, Fig. 3A, Fig. 4A, Fig. 5A und Fig. 6A jeweils perspektivische Ansichten des Lasers zeigen. Des weiteren zeigen Fig. 2B, Fig. 3B, Fig. 4B, Fig. 5B und Fig. 6B schematische Querschnittsansichten, welche jeweils einen Querschnitt entlang Linie I-I' von Fig. 2A, eine Querschnittsansicht entlang Linie I-I' von Fig. 3A, eine Querschnittsansicht entlang Linie I-I' von Fig. 4A, eine Querschnittsansicht entlang Linie I-I' von Fig. 5A bzw. eine Querschnittsansicht entlang Linie I-I' von Fig. 6A darstellen. Dabei stellt der Querschnitt entlang Linie I-I' einen Querschnitt des Isolierteils zwischen dem Laser- und dem Modulatorteil dar.
Wie in Fig. 1 dargestellt läßt man eine vorbestimmte Kristallschicht, welche eine n-InP-Überzugsschicht 12, eine aktive Schicht 2 für einen Laser und eine Absorptionsschicht 3 für einen Modulator und eine p-InP-Überzugsschicht 13 enthält, zuerst epitaxial auf einem InP- Substrat 1 aufwachsen. Danach wird ein Isolierfilm 4 wie ein Siliziumoxidfilm (SiO₂-Film) mit einer Breite von etwa 6 µm darauf gebildet. Mit dem Isolierfilm 4 als Maske wird eine Mesa 5 eines Plateautpys, welche die aktive Schicht 2 und die Absorptionsschicht 3 enthält, durch Naßätzen unter Verwendung eines Ätzmittels wie Wasserstoffbromid (HBr) gebildet. Zu dieser Zeit beläuft sich beispielsweise die Tiefe der Mesa 5 auf etwa 4 µm, und die Breite der aktiven Schicht 2 oder der Absorptionsschicht 3 erreicht etwa 1,3 µm. Die aktive Schicht 2 und die Absorptionsschicht 3 werden auf derselben Schicht oder hierarchisch auf der n-InP-Überzugsschicht 12 gebildet. Ein Bereich, in welchem die aktive Schicht 2 gebildet wird, dient als Laserteil, wohingegen ein Bereich, in welchem die Absorptionsschicht 3 gebildet wird, als Modulatorteil dient.
Wie in Fig. 2A dargestellt wird als nächstes der für die Bildung der Mesa 5 verwendete Isolierfilm 4 als selektive Aufwachsmaske verwendet. Eine InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 6a, welche eine Dicke in einem Bereich von etwa 2 µm bis 3 µm besitzt, und eine n-InP- Schicht 6b, welche eine Dicke von etwa 1,0 µm besitzt, werden kontinuierlich eingebettet und wachsen auf jeder Seite der Mesa 5 als Stromblockierschicht 6 durch ein MOCVD-Verfahren auf. Zu dieser Zeit wird beispielsweise Eisen (Fe) als Dotierungssubstanz für die InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 6a und beispielsweise Schwefel S als Dotierungssubstanz für die n-InP-Schicht 6b verwendet. Übrigens ist der Grund dafür, daß die n-InP-Schicht 6b auf der InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 6a aufwächst, derjenige wie bezüglich Fig. 23A und 23B beschrieben.
Übrigens nimmt der Querschnitt (Querschnitt des Isolierteils) entlang Linie I-I' von Fig. 2A dieselbe Form an wie eine Endoberfläche auf der in Fig. 2A dargestellten Modulatorseite wie in Fig. 2B in dieser Stufe veranschaulicht.
Wie in Fig. 3A dargestellt wird die Position entsprechend dem Isolierteil auf eine vorbestimmte Tiefe trockengeätzt, um dadurch die n-InP-Schicht 6b des Isolierteils zu entfernen. Der Umfang des Ätzens kann vorzugsweise auf eine Tiefe von etwa 0,6 µm festgelegt werden, um jede n-InP-Schicht 6B zu entfernen, die in einem Gebiet oder einem Bereich der innerhalb von jedem Prozeßmesagraben (process mesa trench) vorgesehen ist, der in einem darauffolgenden Prozeß definiert wird. Ein Querschnitt des Isolierteils auf das Entfernen der n-InP- Schichten 6b folgend wird entsprechend Fig. 3B dargestellt. Ein Entfernen der n-InP-Schichten 6b von einem niedrigen Widerstandswert von dem Isolierteil auf diese Weise ermöglicht das Erlangen eines hohen Isolierwiderstandswerts.
Wie in Fig. 4A und 4B dargestellt wird als nächstes ein epitaxiales Aufwachsen das dritte Mal durchgeführt, um eine p-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 10 aufwachsen zu lassen, um das obere Ende der Mesa 5 und die n-InP-Schichten 6b der obersten Oberflächen der Stromblockierschichten 6 zu bedecken. Danach läßt man eine p-InP-Überzugsschicht 7 und eine p-InGaAs-Kontaktschicht 8 aufwachsen.
Wie in Fig. 5A und 5B dargestellt, wird als nächstes die p-InGaAs-Kontaktschicht 8 des Isolierteils durch Ätzen entfernt. Übrigens ist der Grund, warum die p- InGaAs-Kontaktschicht 8 des Isolierteils durch Ätzen entfernt wird, derjenige wie bezüglich Fig. 26A und 26B beschrieben.
Als nächstes werden Mesagräben 9, welche jeweils eine Breite im Bereich von etwa 5 µm bis etwa 7 µm besitzen, wie in Fig. 6A und 6B dargestellt, gebildet, wodurch der Laser mit dem optischen Modulator entsprechend der vorliegenden Ausführungsform fertiggestellt wird.
Fig. 6B und Fig. 7A stellen jeweils einen Querschnitt des Isolierteils des fertiggestellten Lasers mit dem optischen Modulator dar. Wie in Fig. 6B dargestellt besitzt die erste Ausführungsform eine derartige Struktur, daß die p-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 10 zwischen jeder mit Fe dotierten InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 6A und der mit Zn dotierten p-InP-Überzugsschicht 7 eingesetzt wird bzw. ist. Da InGaAsP höher mehrfach gefaltet (higher several-fold) ist als InP in einer Festkörperlöslichkeit (solid solubility) von Zn, absorbiert es Zn, um in die mit Fe dotierte InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 6a zu diffundieren. Als Ergebnis kann die wechselseitige Diffusion von Zn und Fe wie in Fig. 7A dargestellt verhindert werden. Es ist somit möglich, eine Verringerung des Isolierwiderstandswerts infolge der Diffusion von Zn in die InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 6a zu unterdrücken.
Fig. 7B stellt einen Querschnitt entlang Linie II-II' von Fig. 6A dar und veranschaulicht ebenfalls einen Querschnitt des Modulatorteils des fertiggestellten Lasers mit dem optischen Modulator. Die p-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 10 ist derart vorgesehen, daß das obere Ende der Mesa 5 und die n-InP-Schicht 6a der obersten Oberfläche jeder Stromblockierschicht 6 sogar in dem Fall des Modulatorteils bedeckt wird. Sogar dann, wenn das leitende bzw. führende Ende (leading end) jeder n-InP- Blockierschicht 6b weg von der Seitenfläche der Mesa 5 wie entsprechend Fig. 28B dargestellt gebildet wird, kann daher die jeder Seitenfläche der Messa 5 bloßgelegte InP- Schicht mit hohem Widerstandswert 6a zuverlässig mit der p-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 10 bedeckt werden. Da die p-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 10 Zn absorbiert, um eine Diffusion in die mit Fe dotierte InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 6a zu ermöglichen, wird es somit ermöglicht, ein Ansteigen der Kapazität des Modulatorteils infolge der wechselseitigen Diffusion von in der InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 6a enthaltenem Fe und in der p-InP-Überzugsschicht 7 enthaltenem Zn zu unterdrücken.
Bei der ersten Ausführungsform ist wie oben beschrieben die p-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 10 mit einer hoher Festkörperlöslichkeit für Zn derart gebildet worden, daß das obere Ende der Mesa 5 und die oberste Oberfläche jeder Stromblockierschicht 6 bedeckt wird. Es ist daher möglich, zu verhindern, daß die p-InP-Überzugsschicht 7 direkt die InP-Schichten mit hohem Widerstandswert 6a direkt kontaktiert. Folglich kann verhindert werden, daß die in der p-InP-Überzugsschicht 7 und den InP- Schichten mit hohem Widerstandswert 6a enthaltenen Dotierungssubstanzen wechselseitig diffundieren. Es ist somit möglich, eine Verringerung des Widerstandswerts des Isolierteils und ein Ansteigen der Kapazität des Modulatorteils zu unterdrücken, wodurch eine Hochgeschwindigkeitsoperation des Lasers mit dem optischen Modulator implementiert werden kann.

Zweite Ausführungsform

Fig. 13A und 13B zeigen schematische Ansichten, welche einen Laser mit einem optischen Modulator einer zweiten Ausführungsform darstellen. Dabei zeigt Fig. 13A eine perspektivische Ansicht des Lasers, und Fig. 13B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang Linie I-I' von Fig. 13A darstellt.
Wie in Fig. 13A und 13B dargestellt enthält der Laser mit dem optischen Modulator der zweiten Ausführungsform ebenfalls ein InP-Substrat 1, eine n-InP-Überzugsschicht 12, eine aktive Schicht 2 (in Fig. 13A und 13B nicht veranschaulicht), eine Absorptionsschicht, eine p-InP-Überzugsschicht 13, eine Mesa 5, welche eine aktive Schicht 2 und eine Absorptionsschicht 3 enthält, Stromblockierschichten 6, welche jeweils eine InP-Schicht 6a mit hohem Widerstandswert und eine n-InP-Schicht 6a enthalten, eine p-InP-Überzugsschicht 7, eine p-InGaAs-Kontaktschicht 8 und Prozeßmesagräben 9.
Der Laser enthält des weiteren i-InGaAsP-Diffusionsblockierschichten 11, welche jeweils zwischen der InP- Schicht mit hohem Widerstandswert 6a und der n-InP- Schicht 6b gebildet sind, welche die Stromblockierschicht 6 bilden.
Da die i-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 11 zwischen der InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 6a und der n-InP-Schicht 6b auf diese Weise gebildet wird, können die in der p-InP-Überzugsschicht 7 und den InP- Schichten mit hohem Widerstandswert enthaltenen Dotierungssubstanzen daran gehindert werden, wechselseitig zu diffundieren.
Ein Verfahren zur Herstellung des Lasers der zweiten Ausführungsform wird unten auf der Grundlage von Fig. 8 bis 13 erläutert. Fig. 8 bis 13 zeigen jeweils schematische Darstellungen des Herstellungsverfahrens des Lasers der zweiten Ausführungsform in einer Prozeßreihenfolge, wobei Fig. 8, Fig. 9A, Fig. 10A, Fig. 11A, Fig. 12A und Fig. 13A jeweils perspektivische Ansichten des Lasers zeigen. Des weiteren zeigen Fig. 9B, Fig. 10B, Fig. 11B, Fig. 12B und Fig. 13B schematische Querschnittsansichten, welche jeweils einen Querschnitt entlang Linie I-I' von Fig. 9A, einen Querschnitt entlang Linie I-I' von Fig. 10A, einen Querschnitt entlang Linie I-I' von Fig. 11A, einen Querschnitt entlang Linie I-I' von Fig. 12A bzw. einen Querschnitt entlang I-I' von Fig. 13A darstellen. Dabei stellt der Querschnitt entlang Linie I-I' einen Querschnitt eines Isolierteils zwischen dem Laser- und einem Modulatorteil dar.
Wie in Fig. 8 dargestellt läßt man zuerst eine vorbestimmte Kristallschicht, welche eine n-InP-Überzugsschicht 12, eine aktive Schicht 2 für den Laser und eine Absorptionsschicht für dessen Modulator enthält, und eine p-InP-Überzugsschicht 13 auf einem InP-Substrat 1 epitaxial aufwachsen. Danach wird darauf ein Isolierfilm 4 wie ein Siliziumoxidfilm mit einer Breite von etwa 6 µm gebildet. Mit dem Isolierfilm 4 als Maske wird eine Mesa eines Plateautyps 5, welche die aktive Schicht 2 und die Absorptionsschicht 3 enthält, durch Naßätzen unter Verwendung eines Ätzmittels wie Wasserbromid gebildet. Zu dieser Zeit ergibt sich beispielsweise die Tiefe der Mesa 5 zu etwa 4 µm, und die Breite der aktiven Schicht 2 oder der Absorptionsschicht 3 erreicht etwa 1,3 µm.
Wie in Fig. 9A und 9B dargestellt wird als nächstes der für die Bildung der Mesa 5 verwendete Isolierfilm 4 als selektive Aufwachsmaske verwendet. Eine InP- Schicht mit hohem Widerstandswert 6a, eine i-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 11 und eine n-InP-Schicht 6b werden ununterbrochen eingebettet und wachsen auf jeder Seitenfläche der Mesa 5 als Stromblockierschicht 6 durch ein MOCVD-Verfahren auf.
Wie in Fig. 10A und 10B dargestellt werden als nächstes die n-InP-Schichten 6b des Isolierteils durch Ätzen entfernt. Der Umfang des Ätzens wird auf etwa 0,6 µ m auf eine Weise ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform festgelegt. Während die Tiefe bei diesem Ätzprozeß zeitlich gesteuert wird, wobei keine i-InGaAsP-Diffusionsblockierschichten 11 gebildet werden, werden die i- InGaAsP-Diffusionsblockierschichten 11 mit einem unterschiedlichen Material jeweils zwischen den InP-Schichten mit hohem Widerstandswert und den n-InP-Schichten 6b bei der zweiten Ausführungsform eingesetzt. Daher kann ein selektives Ätzen unter Verwendung der Differenz der Ätzrate zwischen der n-InP-Schicht 6b und der i-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 11 durchgeführt werden. Dementsprechend können die n-InP-Schichten 6b mit einer guten Reproduzierbarkeit zuverlässig entfernt werden. Ein Querschnitt des Isolierteils folgend auf das Entfernen der n- InP-Schichten 6b wird entsprechend Fig. 10B dargestellt.
Prozeßflüsse folgend dem obigen sind im wesentlichen ähnlich den entsprechend Fig. 25 bis 27 beschriebenen Flüssen. Man läßt nämlich eine p-InP-Überzugsschicht 7 und eine p-InGaAs-Kontaktschicht 8 über der gesamten Oberfläche des Wafers wie in Fig. 11A und 11B dargestellt aufwachsen. Als nächstes wird die p-InGaAs-Kontaktschicht 8 des Isolierteils durch Ätzen wie in Fig. 12A und 12B dargestellt entfernt. Schließlich werden Prozeßmesagräben 9, welche jeweils eine Breite im Bereich von etwa 5 µm bis etwa 7 µm besitzen, wie in Fig. 13A und 13B dargestellt gebildet, wodurch der Laser mit dem optischen Modulator der zweiten Ausführungsform fertiggestellt wird.
Fig. 14A zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt des Isolierteils des fertiggestellten Lasers auf eine Weise ähnlich wie entsprechend Fig. 13B darstellt. Bei der zweiten Ausführungsform wie in Fig. 14A dargestellt wird jede der i-InGaAsP-Diffusionsblockierschichten 11 zwischen einer mit Fe dotierten InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 6a und einer mit Zn dotierten p-InP-Überzugssschicht 7 in dem Isolierteil eingesetzt. Die i-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 11 dient als Diffusionsblockierschicht zum Absorbieren von Zn, um eine Diffusion von der p-InP-Überzugsschicht 7 zu jeder mit Fe dotierten InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 6a zu ermöglichen. Als Ergebnis kann die wechselseitige Diffusion von Zn und Fe wie in Fig. 14A dargestellt verhindert werden. Es ist somit möglich, eine Verringerung des Isolierwiderstandswerts zwischen dem Laser und dem Modulator infolge der Diffusion von Zn in die InP- Schicht mit hohem Widerstandswert zu unterdrücken.
Fig. 14B zeigt eine Querschnittsansicht entlang Linie II-II' von Fig. 13A und zeigt ebenfalls einen Querschnitt des Modulatorteils des fertiggestellten Lasers mit dem optischen Modulator. Jede i-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 11 ist zwischen der InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 6a und der n-InP-Schicht 6b jeder Stromblockierschicht 6 in dem Laser mit dem optischen Modulator der zweiten Ausführungsform vorgesehen. Daher wird Zn, welches von der p-InP-Überzugsschicht 7 aus diffundiert, in der i-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 11 mit einer hohen Festkörperlöslichkeit (solid solubility) absorbiert, wodurch es möglich gemacht wird, die Diffusion davon in die mit Fe dotierte InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 6a zu verhindern. Dementsprechend ist es möglich, ein Ansteigen der Kapazität in dem Modulatorteil infolge der Diffusion von Zn zu unterdrücken.
Da bei der zweiten Ausführungsform wie oben beschrieben jede der i-InGaAsP-Diffusionsblockierschichten 11 einer hohen Festkörperlichkeit für Zn zwischen der InP- Schicht mit hohen Widerstandswert 6a und der n-InP- Schicht 6b gebildet wird, kann verhindert werden, daß in der p-InP-Überzugsschicht 7 und den InP-Schichten mit hohem Widerstandswert 6a enthaltene Dotierungssubstanzen wechselseitig diffundieren. Es ist somit möglich, eine Verringerung des Isolierwiderstandswerts zwischen dem Laser und dem Modulator und ein Ansteigen der Kapazität des Modulatorteils infolge der Diffusion von Zn zu unterdrücken. Dementsprechend kann ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb bzw. eine Hochgeschwindigkeitsoperation (high-speed operation) des Lasers mit dem optischen Modulator realisiert werden.

Dritte Ausführungsform

Fig. 20A und 20B zeigen schematische Darstellungen eines Lasers mit einem optischen Modulator einer dritten Ausführungsform. Dabei zeigt Fig. 20A eine perspektivische Ansicht des Lasers, und Fig. 20B zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang Linie I-I' von Fig. 20A darstellt.
Wie in Fig. 20A und 20B dargestellt enthält der Laser mit dem optischen Modulator der dritten Ausführungsform ebenfalls ein InP-Substrat 1, eine n-InP-Überzugsschicht 12, eine aktive Schicht 2 (in Fig. 20A und 20B nicht veranschaulicht), eine Absorptionsschicht 3, eine p-InP-Überzugsschicht 13, eine Mesa 5, welche eine aktive Schicht 2 und eine Absorptionsschicht 3 enthält, Stromblockierschichten 6, welche jeweils eine InP-Schicht mit hohem Widerstandswert und eine n-InP-Schicht 6a enthalten, eine p-InP-Überzugsschicht 7, eine p-InGaAs-Kontaktschicht 8 und Prozeßmesagräben 9.
Der Laser enthält des weiteren i-InGaAsP-Diffusionsblockierschichten 11, die jeweils als erste Schicht der Stromblockierschicht 6 gebildet sind. Die i-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 11 arbeitet als Diffusionsblockierschicht.
Da die i-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 11 als die erste Schicht jeder Stromblockierschicht 6 auf diese Weise gebildet wird, kann jede Seitenfläche der Mesa 5, welche die aktive Schicht 2 und die Absorptionsschicht 3 enthält, mit der i-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 11 bedeckt werden. Sogar dann, wenn in der p-InP-Überzugsschicht 7 enthaltene Dotierungssubstanzen in die InP- Schichten mit hohem Widerstandswert 6a diffundieren, kann somit verhindert werden, daß die Dotierungssubstanzen in die aktive Schicht 2 und die Absorptionsschicht 3 diffundieren.
Ein Verfahren des Herstellens des Lasers der dritten Ausführungsform wird unten auf der Grundlage der Fig. 15 bis 20 erläutert. Fig. 15 bis 20 zeigen jeweils schematische Darstellungen des Herstellungsverfahrens des Lasers der dritten Ausführungsform in einer Prozeßreihenfolge, wobei Fig. 15, Fig. 16A, Fig. 17A, Fig. 18A, Fig. 19A und Fig. 20A jeweils perspektivische Ansichten des Lasers zeigen. Des weiteren zeigen Fig. 16B, Fig. 17B, Fig. 18B, Fig. 19B und Fig. 29B schematische Querschnittsansichten, welche jeweils einen Querschnitt entlang Linie I-I' von Fig. 16A, einen Querschnitt entlang Linie I-I' von Fig. 17A, einen Querschnitt entlang Linie I-I' von Fig. 18A, einen Querschnitt entlang Linie I-I' von Fig. 19A bzw. einen Querschnitt entlang Linie I- I' von Fig. 20A darstellen. Dabei stellt der Querschnitt entlang Linie I-I' einen Querschnitt eines Isolierteils zwischen dem Laser und einem Modulatorteil dar.
Wie in Fig. 15 dargestellt läßt man zuerst eine vorbestimmte Kristallschicht, welche eine n-InP-Überzugsschicht 2, eine aktive Schicht 2 für den Laser und eine Absorptionsschicht 3 für den Modulator enthält, und eine p-InP-Überzugsschicht 13 epitaxial auf einem InP-Substrat aufwachsen. Danach wird ein Isolierfilm 4 wie ein Siliziumoxidfilm mit einer Breite von etwa 6 µm darauf gebildet. Mit dem Isolierfilm 4 als Maske wird eine Mesa eines Plateautyps 5, welche die aktive Schicht 2 und die Absorptionsschicht 3 enthält, durch Naßätzen unter Verwendung eines Ätzmittels wie Wasserstoffbromid gebildet. Zu dieser Zeit ergibt sich beispielsweise die Tiefe der Mesa 5 zu etwa 4 µm und die Breite der aktiven Schicht 2 oder der Absorptionsschicht 3 erreicht etwa 1,3 µm.
Wie in Fig. 16A und 16B dargestellt wird der für die Bildung der Mesa 5 verwendete Isolierfilm 4 als nächstes als selektive Aufwachsmaske verwendet. Man läßt eine Stromblockierschicht 6 auf jeder Seitenfläche der Mesa 5 aufwachsen. Zu dieser Zeit läßt man jede der i-InGaAsP- Diffusionsblockschichten 11, die jeweils als erste Schicht der Stromblockierschicht 6 verwendet werden, als Diffusionsblockierschicht aufwachsen. Danach werden eine InP-Schicht mit hohem Widerstandswert 6a und eine n-InP- Schicht 6b ununterbrochen eingebettet und wachsen auf das Aufwachsen der i-InGaAsP-Diffusionsblockierschichten 11 durch ein MOCVD-Verfahren auf.
Die auf obige folgende Prozeßflüsse sind im wesentlichen ähnlich den entsprechend Fig. 24 bis 27 beschriebenen Flüssen. Es werden ämlich die n-InP-Schichten 6b des Isolierteils durch Ätzen wie in Fig. 17A und 17B dargestellt entfernt. Danach läßt man eine p-InP-Überzugsschicht 7 und eine p-InGaAs-Kontaktschicht 8 über der gesamten Oberfläche des Wafers wie in Fig. 18A und 18B dargestellt aufwachsen. Als nächstes wird die p-InGaAs- Kontaktschicht 8 des Isolierteils durch Ätzen wie in Fig. 19A und 19B dargestellt entfernt. Schließlich werden Mesagräben 9, welche jeweils eine Breite in einem Bereich von 5 µm bis 7 µm besitzen, wie in Fig. 20A und 20B dargestellt gebildet, wodurch der Laser mit dem optischen Modulator der dritten Ausführungsform fertiggestellt wird.
Fig. 21 zeigt eine Querschnittsansicht entlang Linie II-II' von Fig. 20A und zeigt ebenfalls einen Querschnitt des Modulatorteils des fertiggestellten Lasers mit dem optischen Modulator. Jede Seitenfläche der Mesa 5 ist mit der i-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 11 mit einer hohen Festkörperlöslichkeit von Zn in dem Laser der vorliegenden Ausführungsform bedeckt. Sogar wenn in der p-InP- Überzugsschicht 7 enthaltenes Zn in die InP-Schichten mit hohem Widerstandswert 6a diffundiert, wo die leitenden bzw. führenden Enden der n-InP-Schichten 6b der Stromblockierschichten 6 von der AR-Mesa wie in Fig. 21 dargestellt getrennt sind (spaced away), kann die Diffusion des diffundierten Zn von den Seitenflächen der Mesa 5 zu den jeweiligen Schichten wie der Absorptionsschicht 3, der n-InP-Überzugsschicht 2, der p-InP-Überzugsschicht 13, usw. verhindert werden. Es ist somit möglich, eine charakteristische Verschlechterung wie eine Verringerung der Effizienz eines Bauelements und eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit zu unterdrücken.
Da bei der dritten Ausführungsform wie oben beschrieben die i-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 11 mit einer hohen Festkörperlöslichkeit für Zn als die erste Schicht jeder Stromblockierschicht 6 gebildet wird, kann jede Seitenfläche der Mesa 5, welche die aktive Schicht 2 und die Absorptionsschicht 3 enthält, mit der i-InGaAsP-Diffusionsblockierschicht 11 bedeckt werden. Sogar wenn die in der p-InP-Überzugsschicht 7 enthaltenen Dotierungssubstanzen in jede InP-Schicht mit hohem Widerstand 6a diffundiert sind, kann somit die Diffusion der Dotierungssubstanzen in die Mesa, welche die aktive Schicht 2 und die Absorptionsschicht 3 enthält, verhindert werden. Es ist somit möglich, eine charakteristische Verschlechterung wie eine Verringerung der Effizienz eines Bauelements und eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit zu unterdrücken.
Da die vorliegende Erfindung wie oben beschrieben konstruiert ist, bietet sie die unten dargestellten vorteilhaften Effekte.
Da Diffusionsblockierschichten ununterbrochen auf einem Mesaabschnitt und Stromblockierschichten gebildet sind, kann verhindert werden, daß eine Verunreinigung einer leitenden Schicht in die Stromblockierschichten diffundiert. Es ist somit möglich, eine Verringerung des Widerstandswerts von jeder Stromblockierschicht zu verhindern und eine Hochgeschwindigkeitsoperation eines Lasers zu realisieren.
Durch Bedecken des Mesaabschnitts, welcher eine Absorptionsschicht und das obere Ende jeder Stromblockierschicht enthält, mit der Diffusionsblockierschicht wird es ermöglicht, ein Erhöhen der Kapazität eines Modulatorteils zu unterdrücken. Somit kann eine Hochgeschwindigkeitsoperation eines Lasers mit einem optischen Modulator implementiert werden.
Da jede der Stromblockierschichten eine isolierende erste Schicht und zweite Schicht eines leitenden Typs gegenüberliegend der leitenden Schicht enthält, kann die erste Schicht einen Strom verläßlich blockieren, und es kann die zweite Schicht eine Verunreinigung der leitenden Schicht fangen. Es ist somit möglich, eine Verringerung des Widerstandswerts der ersten Schicht infolge der Verunreinigung der leitenden Schicht zu unterdrücken.
Da die leitende Schicht und die erste Schicht der Stromblockierschicht gegenüberliegend zueinander mit der Diffusionsblockierschicht konstruiert sind, welche dazwischen in der Nachbarschaft der Grenze zwischen der aktiven Schicht und der Absorptionsschicht angeordnet ist, ist es möglich, eine Verringerung des Widerstandswerts eines Isolierteils zwischen der aktiven Schicht und der Absorptionsschicht infolge der Diffusion der Verunreinigung der leitenden Schicht in die erste Schicht zu verhindern. Es ist weiter möglich, den Widerstandswert eines Isolierteils infolge des Entfernens der zweiten Schicht jeder Stromblockierschicht in der Nachbarschaft der Grenze zwischen der aktiven Schicht und der Absorptionsschicht zu erhöhen.
Da die Diffusionsblockierschicht zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht jeder Stromblockierschicht gebildet ist, kann die Diffusion der Verunreinigung der leitenden Schicht in die erste Schicht der Stromblockierschicht verhindert werden. Des weiteren ist die zweite Schicht zum Fangen der Verunreinigung der leitenden Schicht geeignet. Es ist somit möglich, eine Verringerung des Widerstandswerts der Stromblockierschicht zu unterdrücken und eine Hochgeschwindigkeitsoperation eines Lasers zu realisieren.
Da es möglich ist, die Diffusion der Verunreinigung der leitenden Schicht in die erste Schicht der Stromblockierschicht aufgrund der Diffusionsblockierschicht zu verhindern, kann der Widerstandswert des Isolierteils zwischen der aktiven Schicht und der Absorptionsschicht hoch gemacht werden. Es ist somit möglich, eine Hochgeschwindigkeitsoperation eines Lasers zu realisieren.
Da die zweite Schicht in der Nachbarschaft der Grenze zwischen der aktiven Schicht und der Absorptionsschicht entfernt worden ist, kann der Isolationsteil zwischen der aktiven Schicht und der Absorptionsschicht auf einen hohen Widerstandswert gebracht werden. Es kann somit ermöglicht werden, daß die Diffusionsblockierschicht als Stopper auf das Entfernen der zweiten Schicht arbeitet.
Durch Anwenden der vorliegenden Erfindung auf ein Halbleiterbauelement, bei welchem eine erste Schicht eine InP-Schicht ist, welche Fe enthält, und eine leitende Schicht eine InP-Schicht ist, welche Zn als Verunreinigung enthält, ist es möglich, eine wechselseitige Diffusion von Fe der ersten Schicht und Zn der leitenden Schicht zu verhindern.
Da die Diffusionsblockierschicht zwischen jeder Seite eines Mesaabschnitts und der entsprechenden Stromblockierschicht gebildet ist, kann die Diffusion einer Verunreinigung einer leitenden Schicht in einen Mesaabschnitt verhindert werden. Es ist somit möglich, eine charakteristische Verschlechterung wie eine Verringerung der Effizienz eines Bauelements und eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit zu unterdrücken.
Augenscheinlich sind viele Modifizierungen und Änderungen der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf die obige Lehre möglich. Es versteht sich daher, daß innerhalb des Rahmens der zugehörigen Ansprüche die Erfindung anders als oben beschrieben ausgeführt werden kann.
Vorstehend wurde ein Halbleiterbauelement zum Erzeugen von Laserlicht aus einer aktiven Schicht offenbart. Das Halbleiterbauelement enthält eine kammförmige Mesa, welche die aktive Schicht, Stromblockierschichten, die beide Seiten der Mesa begraben, eine Diffusionsblockierschicht, die auf der Mesa und den Stromblockierschichten gebildet ist, um verkettet bzw. verknüpft zu sein, und eine p-InP-Überzugsschicht enthält, die auf der Diffusionsblockierschicht gebildet ist und eine vorbestimmte Verunreinigung enthält. Es ist möglich, eine Verringerung des Widerstandswerts jeder Stromblockierschicht infolge der Diffusion der Verunreinigung der p-InP-Überzugsschicht in die Stromblockierschichten zu unterdrücken und eine Hochgeschwindigkeitsoperation eines Lasers mit einem Modulator zu realisieren.

Claims

1. Halbleiterbauelement zum Erzeugen von Laserlicht aus einer aktiven Schicht mit:
einem kammförmigen Mesaabschnitt, welcher die aktive Schicht enthält;
Stromblockierschichten, welche derart gebildet sind, daß sie beide Seiten des Mesaabschnitts begraben;
einer Diffusionsblockierschicht, die auf dem Mesaabschnitt und den Stromblockierschichten in einer ununterbrochenen Form gebildet ist; und
einer leitenden Schicht, die auf der Diffusionsblockierschicht gebildet ist und eine vorbestimmte Verunreinigung enthält.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mesaabschnitt die aktive Schicht und eine Absorptionsschicht zum Modulieren des Laserlichts enthält, wobei die Absorptionsschicht in derselben Hierarchie wie die aktive Schicht benachbart der aktiven Schicht entlang einer Längsrichtung davon gebildet ist.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromblockierschichten eine laminierte Schicht einer isolierenden ersten Schicht zum Bedecken jedes Seitenabschnitts des Mesaabschnitts und eine zweite Schicht eines zu der leitenden Schicht entgegengesetzten Leitungstyps enthält, welche auf der ersten Schicht gebildet ist.

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht in der Nähe der Grenze zwischen der aktiven Schicht und der Absorptionsschicht entfernt ist und die leitende Schicht und die erste Schicht einander gegenüberliegen, wobei die Diffusionsblockierschicht dazwischen angeordnet ist.

5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht eine InP-Schicht ist, welche Fe enthält, und die leitende Schicht eine InP- Schicht ist, welche Zn als Verunreinigung enthält.

6. Halbleiterbauelement zum Erzeugen von Laserlicht aus einer aktiven Schicht mit:
einem kammförmigen Mesaabschnitt, welcher die aktive Schicht enthält;
Stromblockierschichten, welche derart gebildet sind, daß sie beide Seiten des Mesaabschnitts begraben; und
einer leitenden Schicht, die auf dem Mesaabschnitt und den Stromblockierschichten gebildet ist und eine vorbestimmte Verunreinigung enthält;
wobei die Stromblockierschichten eine isolierende erste Schicht zum Bedecken jedes Seitenabschnitts des Mesaabschnitts und eine zweite Schicht eines der leitenden Schicht entgegengesetzten Leitungstyps aufweisen, welche auf der ersten Schicht gebildet ist, und
eine Diffusionsblockierschicht zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht gebildet ist.

7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mesaabschnitt die aktive Schicht und eine Absorptionsschicht zum Modulieren des Laserlichts enthält, wobei die Absorptionsschicht in derselben Hierarchie wie die aktive Schicht benachbart der aktiven Schicht entlang einer Längsrichtung davon gebildet ist.

8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht in der Nähe der Grenze zwischen der aktiven Schicht und der Absorptionsschicht entfernt ist und die leitende Schicht und die erste Schicht einander gegenüberliegen, wobei die Diffusionsblockierschicht dazwischen angeordnet ist.

9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht eine InP-Schicht, welche Fe enthält, und die leitende Schicht eine InP- Schicht ist, welche Zn als Verunreinigung enthält.

10. Halbleiterbauelement zum Erzeugen von Laserlicht aus einer aktiven Schicht mit:
einem kammförmigen Mesaabschnitt, welcher die aktive Schicht enthält;
Stromblockierschichten, welche derart gebildet sind, daß sie beide Seiten des Mesaabschnitts begraben;
einer Diffusionsblockierschicht, die zwischen wenigstens jedem Seitenabschnitt des Mesaabschnitts und der Stromblockierschicht gebildet ist; und
einer leitenden Schicht, die über dem Mesaabschnitt und den Stromblockierschichten gebildet ist und eine vorbestimmte Verunreinigung enthält.