DE19545164A1 - Optische Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren dafür - Google Patents

Optische Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren dafür

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Description

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

Claims (8)

1. Optische Halbleitervorrichtung mit:
einem Halbleitersubstrat (2), das eine Oberfläche auf­ weist; und
einer Mehrzahl von optischen Halbleiterelementen (101, 102), die auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats (2) angeordnet sind;
wobei alle optischen Halbleiterelemente (101, 102) ei­ nen vergrabenen Wellenleiter (14) und vergrabende Halblei­ terschichten (8, 9, 10) aufweisen, die auf beiden Seiten des vergrabenen Wellenleiters (14) ausgebildet sind, wobei die vergrabende Halbleiterschicht (8, 9, 10) eine durchgän­ gige Schicht ausbildet, die sich durch die mehreren opti­ schen Halbleiterelemente (101, 102) ausdehnt; und
wobei die vergrabende Halbleiterschicht (8, 9, 10) ein einziges Paar oder eine Mehrzahl von Paaren von geschichte­ ten Schichten aufweist, die auf einer halbisolierenden Halbleiterschicht (8) ausgebildet sind, wobei ein Paar der geschichteten Schichten eine Trägersperrschicht (9), die einen Halbleiter des gleichen Leitfähigkeitstyps wie den des Halbleitersubstrats (2) aufweist, und eine halbisolie­ rende Halbleiterschicht (10) aufweist, die auf der Träger­ sperrschicht (9) ausgebildet ist.
2. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß
als die mehreren optischen Halbleiterelemente ein La­ serelement (101) und ein optischer Modulator (102) vorgese­ hen sind; und dadurch, daß
die vergrabenen Wellenleiter (14) des Laserelements (101) und des optischen Modulators (102) eine durchgängige Schicht ausbilden.
3. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß
die halbisolierende Halbleiterschicht (8, 10) InP auf­ weist, das mit Fe dotiert ist, und dadurch, daß
der Leitfähigkeitstyp eines Halbleiters, der die Trä­ gersperrschicht (9) bildet, ein n-Typ ist.
4. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß
die halbisolierende Halbleiterschicht (8, 10) InP auf­ weist, das mit Ti dotiert ist, und dadurch, daß
der Leitfähigkeitstyp eines Halbleiters, der die Trä­ gersperrschicht (9) bildet, ein n-Typ ist.
5. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß
die halbisolierende Halbleiterschicht (8, 10) InP auf­ weist, das mit Cr dotiert ist, und dadurch, daß
der Leitfähigkeitstyp eines Halbleiters, der die Trä­ gersperrschicht (9) bildet, ein p-Typ ist.
6. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die halbisolierende Halbleiter­ schicht (8, 10) nichtdotiertes AlInAs aufweist.
7. Herstellungsverfahren einer optischen Halbleitervor­ richtung, das die folgenden Schritte aufweist:
Ausbilden einer Schicht, welche als ein vergrabener Wellenleiter (14) für jedes einer Mehrzahl von optischen Halbleiterelementen (101, 102) auf einem Halbleitersubstrat (2) dient;
Aufwachsen einer halbisolierenden Halbleiterschicht (8) und nachfolgend eines einzigen Paares oder von mehreren Paaren von Halbleiterschichten, wobei ein Paar der Halblei­ terschichten eine Trägersperrschicht (9), die einen Halb­ leiter des gleichen Leitfähigkeitstyps wie den des Halblei­ tersubstrats (2) aufweist, und eine halbisolierende Halb­ leiterschicht (10) aufweist, auf beiden Seiten des vergra­ benen Wellenleiters (10), so daß eine durchgängige Schicht ausgebildet wird, die sich durch die mehreren Halbleiter­ elemente (101, 102) hindurch ausdehnt, wodurch eine vergra­ bende Halbleiterschicht ausgebildet wird, die die Halblei­ terschicht (8) und das einzelne Paar oder die mehreren Paare von Halbleiterschichten (9, 10) aufweist.
8. Herstellungsverfahren einer optischen Halbleitervor­ richtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mehrzahl der optischen Halbleiterelemente ein La­ serelement (101) und ein optischer Modulator (102) ist, und dadurch, daß
der Schritt eines Ausbildens des vergrabenen Wellen­ leiters (14) zum Ausbilden einer durchgängigen Halbleiter­ schicht dient, die sich durch das Laserelement (101) und den optischen Modulator (102) auf dem Halbleitersubstrat (2) ausdehnt.
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